นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอตติงแฮมได้แสดงให้เห็นว่าอะตอม Pt ที่ " เปลือยเปล่า " สามารถกระจายไปบนฐานรองรับที่เป็นผงได้โดยตรง โดยการแยกโลหะจำนวนมากออกเป็นอะตอมด้วยอัตราการทำลายสถิติที่ 4 และ 5 แสนล้านอะตอมต่อวินาที (4.5 x 10 15อะตอม/ s) โดยแมกนีตรอนสปัตเตอร์ วิธีการนี้สามารถปรับขนาดได้และปราศจากตัวทำละลาย และเปิดประตูสำหรับการผลิตวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคุณค่าซึ่งรองรับอะตอม Pt บนอนุภาคผง การศึกษาได้รับการเผยแพร่ในสมาคมเคมีของ peer-reviewed วารสารวัสดุเคมี

ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยให้เกือบ 80% ของกระบวนการทางเคมีทางอุตสาหกรรมซึ่งส่งมอบส่วนผสมที่สำคัญที่สุดในระบบเศรษฐกิจของเรา ตั้งแต่วัสดุ (เช่น โพลีเมอร์) และยา ไปจนถึงเคมีเกษตร รวมถึงปุ๋ยและอารักขาพืช ความต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาที่สูงหมายความว่าอุปทานทั่วโลกของโลหะที่มีประโยชน์มากมาย รวมทั้งทองคำ ทองคำขาว และแพลเลเดียม กำลังหมดลงอย่างรวดเร็ว

เพื่อป้องกันวัสดุโลหะเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้แต่ละอะตอมและทุกอะตอมให้มีศักยภาพสูงสุด การกระจายตัวของอะตอมของโลหะในวัสดุรองรับเป็นหนึ่งในกลยุทธ์ที่ทรงพลังที่สุดในการเพิ่มพื้นที่ผิวแอคทีฟที่พร้อมสำหรับการเร่งปฏิกิริยา คุณสมบัติของอะตอมของโลหะสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนของโลหะ ซึ่งนำไปสู่ปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในระดับมหภาค

วิธีการดั้งเดิมในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่กระจายตัวด้วยอะตอมนั้นขึ้นอยู่กับเคมีแบบเปียก ( เช่นการลดลงของเกลือของโลหะ) หรือการสะสมของชั้นอะตอม (ALD) การปรับขยายขนาดทางอุตสาหกรรมของวิธีการเหล่านี้ทำได้ยากเนื่องจากต้องใช้หลายขั้นตอนและ/หรืออุณหภูมิสูง ก่อให้เกิดของเสียทางเคมีจำนวนมาก และไม่สามารถนำไปใช้ทั่วไปในฐานรองรับและตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ

งานวิจัยใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าการสปัตเตอร์ด้วยแมกนีตรอนช่วยให้สามารถผลิตโลหะที่กระจายตัวของอะตอม ซึ่งรวมถึงแพลตตินั่ม โคบอลต์ และนิกเกิลในเอกสารเผยแพร่ฉบับปัจจุบันในวัสดุสนับสนุนใดๆ ในรูปแบบที่ยั่งยืนและสามารถปรับขนาดได้ วิธีนี้ใช้ในอุตสาหกรรมการเคลือบแก้วและเซมิคอนดักเตอร์ และขณะนี้ได้รับการดัดแปลงเพื่อสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่กระจายตัวด้วยอะตอม

ทีมวิจัยได้ใช้เทคนิคการวิเคราะห์และการถ่ายภาพเพื่อแสดงให้เห็นว่าอะตอมของ Pt กระจายตัวไปทั่วพื้นผิวทั้งหมดของส่วนรองรับผง แล้วจึงใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานี้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนด้วยโฟโตคะตาไลติก

ดร. Jesum Alves Fernandes ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมีแห่งมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม เป็นผู้นำการวิจัย เขากล่าวว่า "หัวใจของวิธีการของเรา อะตอมของโลหะแต่ละอะตอมจะถูกกระแทกออกจากโลหะเทกองทีละตัวด้วยลำแสงอาร์กอนอันรวดเร็วทำให้เกิด อะตอมของโลหะโปรยลงมาบนวัสดุรองรับปริมาณอะตอมของโลหะที่ต้องการสามารถสร้างได้ตามความต้องการภายในไม่กี่วินาที แต่การควบคุมการกระจายบนฐานรองรับผงยังคงเป็นความท้าทาย เรากำลังดำเนินการอย่างดีด้วยการออกแบบระบบผสมที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับแมกนีตรอนสปัตเตอร์ และยื่นจดสิทธิบัตรเมื่อต้นปีนี้”

มหาวิทยาลัยเป็นผู้นำโครงการสหวิทยาการขนาดใหญ่ โดยร่วมมือกับมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ เบอร์มิงแฮม และเคมบริดจ์ เพื่อขยายงาน "Metal Atoms on Surfaces & Interfaces (MASI) เพื่ออนาคตที่ยั่งยืน" ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสภาวิจัยวิศวกรรมและกายภาพศาสตร์ ( EPSRC) ที่เปิดตัวในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2564บาคาร่า สมัครบาคาร่า