به گزارش گروه علم و فناوری ایسکانیوز، تا آغاز قرن نوزدهم ماهیت کاتالیزورها ناشناخته بود، سرانجام در سال 1835 میلادی، ژان یاکوب برسلیوس شیمیدان سوئدی در بررسی واکنش‎های شیمیایی یکی از خصوصیات مهم واکنش‌ها را سرعت انجام آن‎ها دانست. زیرا واکنش‎هایی که در آزمایشگاه انجام می‌شوند باید از سرعت کافی برخوردار باشند تا بتوان واکنشی را دنبال کرده و با مشاهده آزمایش به نتایجی دست یافت بنابراین برسلیوس فرایندهای کاتالیزوری را این گونه توصیف می کند؛ کاتالیزورها موادی هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند ولی در واکنش مصرف نمی‌شوند.

کاتالیزورها چه در کاربردهای صنعتی و چه در فرآیندهای بیولوژیکی اهمیت بسیاری دارند، زیرا در واکنش‌های صنعتی لازم است که سرعت واکنش به طریقی افزایش داده شود تا تولید فرآورده‌های حاصل از آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد، اگر چه می‌توان با افزایش دما سرعت واکنش را به مقدار قابل توجهی افزایش داد ولی از آن جا که افزایش دما با مصرف انرژی همراه است، چنین اقدامی صرفه‌ اقتصادی نخواهد داشت. از سوی دیگر بسیاری از مواد نسبت به گرما حساس هستند و در اثر گرما تجزیه می‌شوند به همین دلیل مناسب‌ترین راه این است که برای سرعت دادن به واکنش‌های شیمیایی از کاتالیزورهای مناسب استفاده گردد. اما از انجا که کاتالیزورها در فرآیندهای شیمیایی مصرف نمی¬شوند و دست نخورده باقی می¬مانند، ولی جداسازی و بازیابی آنها غالبا ساده و سهل الوصول نیست. به همین دلیل طراحی کاتالیزورهایی که بازیافت آنها آسان باشد، هدفی ارزشمند برای دانشمندان بوده است و انگیزه لازم و کافی را برای ابداع و کشف کاتالیزورهای جدید ایجاد کند.

همچنین کاتالیزو‎رها بر اساس ترکیب فاز آن‎ها به دو دسته همگن و ناهمگن طبقه‎بندی می‎شوند. هنگامی که کاتالیزور به صورت محلول در

محیط واکنشی است کاتالیزور همگن و وقتی که کاتالیزور فازی مجزا از فاز واکنش تشکیل می‎دهد کاتالیزور ناهمگن نامیده می شود .کاتالیست‎های ناهمگن نسبت به کاتالیست‎های همگن مرسوم به دلیل حذف آسانشان از محیط واکنش توسط جداسازی ساده و قابلیت استفاده مجدد مفیدتر هستند که این در سنتز سبز امری ضروری است.

از سوی دیگر، فرایند واکنش را مقرون به صرفه‎تر می‌سازند برای طراحی و سنتز یک کاتالیست ناهمگن، کنترل مراکز فعال تشکیل شده حائز اهمیت است. به دلیل سطح فعال زیاد و نیز مراکز فعال فراوان در نانوکاتالیست‌ها این کاتالیست‎ها واکنش‎پذیری بهبود یافته‎ای از خود نشان می‎دهند. برای افزایش فعالیت کاتالیستی و کاهش مقدار کاتالیست‎های با ارزش مورد نیاز، توانایی کنترل ذرات، مساحت سطح و توزیع موثر نانو ذرات، اصول کلیدی هستند که باید مد نظر قرار داد. یکی از اهداف در زمینه نانوکاتالیست‎ها، استفاده از نانوکریستال‎ها به دلیل سطح فعال زیاد این ساختارهاست. این مواد همچنین با تعداد زیادی از اتم‎های دارای عدد کئوردیناسیون بسیار پایین بر روی سطح در گوشه‎ها و لبه‎ها شکل یافته‎اند. چنین اتم‎هایی مراکز فعال زیادی برای انجام واکنش‎ها فراهم می‎کنند. در نتیجه ایجاد بیشتر مراکز فعال و مساحت سطحی، اصلاح مهمی در فعالیت، گزینش‌پذیری، بازده و پایداری نانوکاتالیست‎ها ایجاد می‎شود.اما جداسازی این نانو کاتالیست ها از مخلوط واکنش آسان نیست و جداسازی های مرسوم مانند صاف کردن به دلیل اندازه نانو این کاتالیست‎ها موثر نیست.

این محدودیت‎ها کاربرد این نانو کاتالیست‎ها را از نظر اقتصادی مختل می‌کند. برای غلبه بر این مساله، استفاده از نانو ذرات مغناطیسی یک راه حل مناسب بنظر می‌آید. نانو ذرات مغناطیسی فعالیت کاتالیزوری بالایی داشته و درجه بالایی از پایداری شیمیایی را از خود نشان می دهند ذات پارامغناطیسی و غیر قابل حل بودن نانو ذرات مغناطیسی جداسازی این کاتالیست را از مخلوط واکنش توسط یک آهنربای خارجی آسان می‎سازد که جداسازی راحت و بازیافتنی بودن کاتالیست از ویژگی‌های مهم کاتالیست ناهمگن در واکنش‎های کاتالیستی است. کلوخه شدن که یکی از معایب این کاتالیست‎های ناهمگن می باشد که عامل دار کردن سطح نانو ذرات مغناطیسی یک راه مناسب برای پر کردن شکاف بین کاتالیست های همگن و ناهمگن است. مگنیتیت و فرریت به خوبی شناخته شده‌اند و می‌توانند بعنوان بستر مناسبی برای عامل دار کردن با فلزات، اورگانو کاتالیست‌ها و N-هتروسیکل کاربن‌ها و کاتالیست‎های کایرال مورد استفاده قرار گیرند. مگنتیت بعنوان یک بستر مناسب برای کاتالیست‎های همگن فلزات فعال مانند پالادیم، پلاتین، مس، نیکل، کبالت و ایریدیم و...استفاده می‌شود و یک کاتالیست ناهمگن قابل بازیافت و پایداری را فراهم می‎کند. اورگانو کاتالیست‎های همگن هم بصورت مستقیم و هم توسط لیگاند و یا پیونددهنده‌ها روی سطح نانوذرات مغناطیس تثبیت می‌شوند.

برخی از مزایای کلیدی کاتالیزورهای تثبیت شده در مقایسه با کاتالیزورهای ناهمگن عبارت است از :

افزایش پراکندگی خوب مراکز فعال کاتالیزوری و تجمع این مراکز در منافذ کوچک منجر به بهبود قابل توجهی در فعالیت می شود.

وجود منافذ در ابعاد مولکولی و جذب مولکول‌های واکنش دهنده روی سطح مواد منجر به بهبود در گزینش واکنش می‌شود.

ذخیره سازی راحت و امن‌تر، استخراج و جابه جایی آسان از دیگر مزایای این نوع از کاتالیزورها می باشد. یک ویژگی برجسته کاتالیزورهای تثبیت شده بر بستر نانو ذرات مغناطیسی این است که به آسانی و با بکارگیری یک میدان مغناطیسی خارجی از محیط واکنش جدا می شوند، فعالیت کاتالیزوری بالایی داشته و درجه بالایی از پایداری شیمیایی را از خود نشان می دهند . اورگانوکاتالیست ها به هوا و رطوبت حساس نیستند و میتوان از آن‌ها به طور عمده در سنتز‌های آلی استفاده کرد.

بر این اساس طرح پژوهشی" تهیه و شناسایی اورگانوکاتالیست های بازی تثبیت شده بر بسترنانوذرات مغناطیسی و مطالعه کاربرد های آن ها در واکنش های آلی" توسط محققان دانشگاه تربیت مدرس و با پشتیبانی صندوق حمایت از فناوران و پژوهشگران معاونت علمی انجام شد. هدف کلی آن تهیه نانوکاتالیست‎های تشکیل شده از یک هسته‌ فلزی با خاصیت مغناطیسی و یک اورگانوکاتالیست بازی با خصلت کاتالیزوری است. تا بتواند فرآیندهای شیمیایی را به سمت استفاده از کاتالیزورهای هتروژن با قابلیت بسیار بالای بازیافت و استفاده مجدد سوق دهد. توسعه و استفاده از سیستم‌های سازگار با محیط زیست و رسیدن به اهداف شیمی سبز اهدافی است که با انجام این طرح دنبال شد.

انتهای پیام/