ترکیب هدفمند طلا با منگنز و مس، به تولد کاتالیزوری نوین انجامیده که میتواند مسیر تولید صنعتی یکی از مهمترین مواد شیمیایی جهان را دگرگون کند؛ مسیری پاکتر، کمهزینهتر و کممصرفتر.
به گزارش پایگاه اطلاعرسانی شیمی کلاب و به نقل از ساینس دیلی، استالدهید بهعنوان یک ماده واسطه کلیدی، نقشی اساسی در صنایع شیمیایی ایفا میکند و در تولید پلاستیکها، داروها و انواع حلالها بهکار میرود. تاکنون تولید صنعتی این ماده عمدتاً بر پایه فرایند واکر و اتیلن انجام میشد؛ روشی پرهزینه، انرژیبر و همراه با اثرات منفی زیستمحیطی. در مقابل، تبدیل اتانول زیستی به استالدهید گزینهای پایدارتر و تجدیدپذیر بهشمار میآید، اما یک چالش قدیمی همواره سد راه آن بوده است: افزایش فعالیت کاتالیزور معمولاً به کاهش گزینشپذیری منجر میشود و بازده واکنش را زیر ۹۰ درصد نگه میدارد.
بیش از ده سال پیش، معرفی کاتالیزور Au/MgCuCr₂O₄ با بازدهی بالاتر از ۹۵ درصد در دمای ۲۵۰ درجه سانتیگراد، امیدهای تازهای ایجاد کرد، اما حضور عناصر سمی و نیاز به دمای بالا، مانع استفاده صنعتی گسترده از آن شد.
اکنون پژوهشی تازه از مؤسسه شیمی فیزیک دالیان (وابسته به آکادمی علوم چین) نشان میدهد که این بنبست علمی سرانجام شکسته شده است. پژوهشگران با طراحی نسل جدیدی از کاتالیزورهای مبتنی بر ساختار پروسکایتی (Au/LaMnCuO₃) و تنظیم دقیق نسبت منگنز به مس، به ترکیبی بهینه دست یافتهاند. کاتالیزور Au/LaMn₀.₇₅Cu₀.₂₅O₃ موفق شد در دمای تنها ۲۲۵ درجه سانتیگراد، بازدهی ۹۵ درصدی در تولید استالدهید به دست آورد و عملکرد خود را تا ۸۰ ساعت بدون افت حفظ کند؛ رکوردی که معیارهای پیشین را پشت سر میگذارد.
به گفته پژوهشگران، راز این موفقیت در همافزایی شیمیایی میان نانوذرات طلا و ساختار پروسکایتی حاوی منگنز و مقدار کنترلشدهای مس نهفته است. نتایج شبیهسازیهای نظری و مدلسازیهای سینتیکی نشان میدهد که حضور مس، سایتهای فعال بسیار مؤثری در مجاورت طلا ایجاد کرده و موانع انرژی واکنش را کاهش میدهد. با این حال، افزایش بیش از حد مس باعث افت پایداری شیمیایی و کاهش کارایی کاتالیزور میشود.
اهمیت این دستاورد فراتر از ثبت یک موفقیت آزمایشگاهی است. کاهش دمای عملیاتی به معنای مصرف انرژی کمتر، هزینه پایینتر و کاهش چشمگیر ردپای کربنی خواهد بود. در صورت توسعه صنعتی این فناوری، میتوان انتظار داشت الگوی تازهای برای تولید مواد شیمیایی پایه از منابع تجدیدپذیر شکل بگیرد؛ الگویی که جایگاه طلا را از یک فلز صرفاً گرانبها، به عنصری کلیدی در شیمی سبز آینده ارتقا میدهد.
