حفاز من النحاس يرى النور

ترجمة بتصرف: ميشيل رحال، الكيمياء العربي

أظهر باحثون من أمريكا أنّه يمكن إزالة طبقة من الأوكسيد موجودة على جسيمات نانوية من النحاس، باستخدام الضوء، وذلك لإظهار قلب حفاز النحاس المعدني. هذا الاكتشاف مميز جداً، كون الحالة المؤَكسدة للعديد من المعادن تغير من خواصها الحفزية، والقدرة على ضبط الحالة المؤكسدة قد تفتح الطريق أمام إنتاج نظم حفزية أكثر تنوعا وفعالية.

قام فريق بحثي، من جامعة ميتشيغان University Of Michigan، بتشعيع جسيمات نانوية من النحاس من أجل استخدامها لأكسدة البروبيلن. وذلك لتشكيل ايبوكسيد هام صناعيا يدعى أوكسيد البروبيلن Propylene Oxide.

تتضمن الطريق القديمة لتشكيل أوكسيد البروبيلن الهيدروكلورة Hydrochlorination للبروبيلن مع غاز الكلورين، أو الأكسدة المشتركة لايزو بوتان مع ايتيل البنزن. مشكلة الطريقتان السابقتان أنّهما تستخدمان أو تنتجان مواد سامة.

لقد أصبح معروفا لعدة سنوات بأنّ النحاس المعدني يستطيع تحفيز عملية الحصول على الايبوكسيد من البروبيلن. مع ذلك، تم شرح هذه الطريقة على البلورات النقية للنحاس تحت الفراغ عالي التفريغ.

تحت الشروط القياسية، طالما أنّ للأوكسيجين حضوره على سطح النحاس، سوف تتشكل طبقة أوكسيد. هذا الأمر سيخرب النحاس كحفاز.

الآن، أظهر سولجو لينيك Suljo Linic وزملائه بأنّه إذا تم توجيه الضوء المرئي إلى جسيمات النحاس النانوية، سوف يتم إرجاع السطح، مبعدة الأوكسيد، تاركةً النحاس المعدني. سبب هذا التأثير هو ظاهرة تجاوب السطح المتموضع بالبلازمون Localised Surface Plasmon Resonance. في حال كان تردد اهتزاز الضوء الساقط مطابقا للالكترونات السطحية، سوف تصبح الالكترونات أكثر طاقة ويتشكل حقل كهربائي قوي. تملك الالكترونات طاقة كافية للتحرك بين المدارات، مسببة إضعاف الرابطة بين الأوكسيجين والنحاس وبالتالي إرجاع السطح.

أظهر الفريق بعدئذ بأنّ تشعيع جسيمات النحاس النانوية، بضوء المجال المرئي قد يحفز علمية الحصول على ايبوكسد البروبيلن. ” في منظومتنا، حققنا انتقائية أعلى بحوالي 50% من انتقائية حفاز الطور الصلب. يجب علينا الحصول على فعاليات أعلى من أجل منظومة اقتصادية، لكننا نعتقد بأننا نستطيع تحسين التصميم ليصبح أكثر انتقائية”.

يقول لينيك بأن الشيء الأكثر أهمية هو المبدأ: “إنّ الكيمياء ونتائج التفاعلات الحفزية هي غالباً متحكم بها بسبب الحالة المؤَكسدة للسطوح. إذا استطعنا ضبط الحالة المؤكسدة بأي حافز، عندها نستطيع ضبط الكيمياء.”

يقول مايكل بوكر Michael Bowker، أخصائي في الحفز اللامتجانس في جامعة كاريف University Of Carfiff في انكلترا: “لم يتم ذكر درجة التحويل في أي مكان. يبدو بأنّ درجة التحويل الأعظمي للبروبيلن حوالي 4% وهي منخفضة جداً. غالباً من السهل الحصول على انتقائية عالية بدرجة تحويل منخفضة.” يضيف بوكر: “على أية حال، لينيك في نظري عالم ممتاز والحصول على الايبوكسيد هو واحد من الأمور صعبة الحصول في مجال الحفز اللامتجانس (ولم يتحقق بعد)، لذا فهو يعد اهتمام معتبر.”

 المصدر:

Copper catalysis sees the light. (March 28, 2013). Royal Society of Chemistry, Chemistry World. Retrieved from: http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/03/copper-catalyst-nanoparticle-light-propylene-epoxidation