Shkencëtarët kanë thyer një rekord mahnitës në pikën e shkrirjes së platinit

Shkencëtarët kanë kuptuar se si ta bëjnë platinin më të përballueshëm si katalizator: ta kthejnë atë në një lëng me temperaturë të ulët.

Është e njohur për shekuj që metalet fisnike si platini, ari, ruteniumi dhe paladiumi bëjnë katalizatorë të shkëlqyer për reaksionet kimike, sepse ato ndihmojnë në thyerjen e lidhjeve kimike midis atomeve në mënyrë më efikase sesa metalet e tjera.

Por metalet fisnike janë të rralla dhe të shtrenjta, kështu që prodhuesit industrialë në shkallë të gjerë në përgjithësi zgjedhin alternativa më të lira dhe më pak efektive si hekuri. (Hekuri përdoret si katalizator në prodhimin masiv të plehrave, për shembull.)

Ana negative e përdorimit të katalizatorëve me cilësi më të dobët është se reaksionet kimike duhet të nxehen deri në temperatura të larta, gjë që rrit gjurmën e karbonit për shumë procese industriale.

Në një arritje rekord, studiuesit nga UNSW Sydney dhe RMIT në Australi kanë tretur platinin në galium të lëngshëm, duke ndarë atomet e platinit në mënyrë që të kishte më shumë potencial katalitik në një sasi më të vogël platini.

Platini normalisht ka një temperaturë shkrirjeje prej 1,700 °C (3,092 Fahrenheit), që do të thotë se zakonisht është i ngurtë kur përdoret si katalizator.

Duke futur platinin në një matricë galiumi, ai adopton pikën e shkrirjes së galiumit – një metal i butë, i argjendtë dhe jo toksik që shkrihet kryesisht në temperaturën e dhomës prej 29,8 °C. Një karakteristikë e dobishme e galiumit të lëngshëm është se ai shpërndan metalet (si uji që shpërndan kripën dhe sheqerin) duke ndarë atomet individuale në secilën molekulë.

Shpikja ka potencialin për të kursyer kostot e energjisë dhe emetimet më të ulëta në prodhimin industrial, thonë studiuesit.

“Një varg reaksionesh të rëndësishme kimike mund të kryhen në temperaturë relativisht të ulët me përdorimin e një katalizatori më efikas si platini i lëngshëm,” tha autori kryesor dhe inxhinieri kimik Md.

Shkencëtarët janë përpjekur t’i bëjnë më të përballueshëm katalizatorët e shtrenjtë të metaleve fisnike përmes një procesi “miniaturizimi” që nga viti 2011, shpjegon Rahim.

Kur metalet janë të ngurta, vetëm atomet nga jashtë mund të përdoren në reaksione, kështu që ka shumë mbeturina. Nëse e zbërtheni këtë lëndë të ngurtë në grumbuj gjithnjë e më të vegjël (mendoni nanogrimcat), ju merrni një reagim më efikas pasi më shumë atome metali mund të muskulojnë – shumë duar bëjnë që drita të funksionojë.

Sistemi më efikas dhe më i vogël do ta bënte çdo atom individual të disponueshëm për të kryer punën e një katalizatori.

“Kur miniaturizon sistemin, ju jeni duke maksimizuar raportin sipërfaqe-vëllim dhe efikasitetin e përdorimit të atomit në mënyrë që konsumi i përgjithshëm i katalizatorit të jetë më i vogël me kalimin e kohës dhe kjo mund ta bëjë produktin tuaj të përballueshëm,” thotë Rahim.

“Teorikisht, ju merrni efikasitetin maksimal të këtij metali katalitik kur ai është në shkallën atomike, sepse nuk mund të shkoni përtej kësaj.”

Në katalizatorët me një atom, lidhjet që mbajnë katalizatorin së bashku ndahen dhe secili atom ankorohet individualisht në një substancë të quajtur matricë.

Pra, Rahim dhe kolegët testuan galiumin si matricën e tyre. Pasi u tretën në galium, ata zbuluan se çdo atom platini ishte i ndarë nga çdo atom tjetër platini, duke e bërë atë një katalizator të përsosur në miniaturë.

“Kur treten, atomet e platinit shpërndahen në mënyrë hapësinore në matricën e lëngshme të galiumit pa grumbullim atomik (d.m.th., mungesa e lidhjes platin-platin) që mund të nxisë reaksione të ndryshme katalitike me aktivitet masiv të jashtëzakonshëm”, shkruajnë studiuesit në punimin e tyre.

Platini është i lëvizshëm kur është në një matricë të lëngshme dhe shumë më pak i prirur ndaj problemit të koksit, ku katalizatorët e ngurtë mbulohen me karbon dhe duhet të pastrohen përpara se të ripërdoren.

Galiumi nuk është aq i lirë sa hekuri. Por mund të përdoret vazhdimisht për të njëjtat reagime. Kjo është për shkak se, si platini, galiumi nuk çaktivizohet ose degradohet gjatë reagimit.

Procesi i tretjes së platinit në galium kërkon ngritjen e temperaturës në rreth 400 °C për disa orë. Por është një investim i vetëm i energjisë që kursen rritje të mëtejshme të temperaturës më vonë gjatë procesit të prodhimit kimik, thonë studiuesit.

Ekipi shpreson se teknika e tyre do të çojë në produkte shumë më të pastra dhe më të lira, nga plehrat tek qelizat e gjelbërta të karburantit.