Nanomaterial-based catalyst
நானோ பொருள் அடிப்படையிலான வினையூக்கிகள் பொதுவாக வினையூக்கி செயல்முறையை மேம்படுத்துவதற்காக உலோக நானோ துகள்களாக பிரிக்கப்பட்ட பன்முக வினையூக்கிகள் ஆகும். உலோக நானோ துகள்கள் அதிக மேற்பரப்பு பரப்பளவைக் கொண்டுள்ளன, அவை வினையூக்கி செயல்பாட்டை அதிகரிக்கும். நானோ துகள்கள் வினையூக்கிகள் எளிதில் பிரிக்கப்பட்டு மறுசுழற்சி செய்யப்படலாம். நானோ துகள்கள் சிதைவடைவதைத் தடுக்க அவை பொதுவாக லேசான நிலைமைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. செயல்படாத உலோக நானோ துகள்களுடன் ஒப்பிடும்போது செயல்பாட்டு உலோக நானோ துகள்கள் கரைப்பான்களை நோக்கி மிகவும் நிலையானவை. திரவங்களில், உலோக நானோ துகள்கள் வான் டெர் வால்ஸ் விசையால் பாதிக்கப்படலாம். துகள் திரட்டல் சில நேரங்களில் மேற்பரப்பு பகுதியை குறைப்பதன் மூலம் வினையூக்கி செயல்பாட்டைக் குறைக்கலாம். நானோ துகள்கள் ஒருவருக்கொருவர் தொடர்புகொள்வதைத் தடுக்கும் ஒரு பாதுகாப்பு அடுக்கை வழங்குவதன் மூலம் நானோ துகள்களை கிருமி நீக்கம் செய்ய பாலிமர்கள் அல்லது ஒலிகோமர்களுடன் நானோ துகள்கள் செயல்பட முடியும். இரு உலோக நானோ துகள்கள் என்று அழைக்கப்படும் இரண்டு உலோகங்களின் உலோகக்கலவைகள், இரண்டு உலோகங்களுக்கிடையேயான வினையூக்கத்தில் ஒருங்கிணைந்த விளைவுகளை உருவாக்க பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பாலிக்ளோரினேட்டட் பைஃபீனைல்கள் போன்ற சி-சிஎல் பிணைப்புகளின் ஹைட்ரஜனோலிசிஸுக்கு சாத்தியமான பயன்பாடுகள் டீஹாலோஜெனேஷன் மற்றும் ஹைட்ரஜனேற்ற நானோ துகள்கள் வினையூக்கிகள் செயலில் உள்ளன. மற்றொரு எதிர்வினை ஆலோஜெனேடட் நறுமண அமின்களின் ஹைட்ரஜனேற்றம் ஆகும், இது களைக்கொல்லிகள் மற்றும் பூச்சிக்கொல்லிகள் மற்றும் டீசல் எரிபொருளின் தொகுப்புக்கு முக்கியமானது. கரிம வேதியியலில், டியூட்டேரியத்துடன் ஒரு சி-சிஎல் பிணைப்பின் ஹைட்ரஜனேற்றம் இயக்க ஐசோடோப்பு விளைவைக் கையாளும் சோதனைகளில் பயன்படுத்த நறுமண வளையத்தைத் தேர்ந்தெடுக்கும் வகையில் பெயரிடப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பியூல் மற்றும் பலர். ரோடியம் நானோ துகள்களை உருவாக்கும் ரோடியம் வளாகங்களை உருவாக்கியது. இந்த நானோ துகள்கள் நறுமண சேர்மங்களின் டீஹாலோஜெனேஷன் மற்றும் பென்சீனை சைக்ளோஹெக்சேனாக ஹைட்ரஜனேற்றம் செய்வதை ஊக்குவித்தன. பாலிமர்-நிலைப்படுத்தப்பட்ட நானோ துகள்கள் இலவங்கப்பட்டை மற்றும் சிட்ரோனெல்லலின் ஹைட்ரஜனேற்றத்திற்கும் பயன்படுத்தப்படலாம். யூ மற்றும் பலர். பயன்படுத்தப்படும் பாரம்பரிய வினையூக்கிகளுடன் ஒப்பிடும்போது சிட்ரோனெல்லலின் ஹைட்ரஜனேற்றத்தில் ரூத்தேனியம் நானோ வினையூக்கிகள் மிகவும் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டவை என்று கண்டறியப்பட்டது. ஹைட்ரோசிலிலேஷன் எதிர்வினைகள் தங்கம், கோபால்ட், நிக்கல், பலேடியம் அல்லது பிளாட்டினம் ஆர்கனோமெட்டாலிக் வளாகங்களை சைலேன்களுடன் குறைப்பது உலோக நானோ துகள்களை உருவாக்குகிறது, இது ஹைட்ரோசிலிலேஷன் எதிர்வினையை ஊக்குவிக்கிறது. லேசான நிலைமைகளின் கீழ் ஸ்டைரீனின் ஹைட்ரோசிலிலேஷன் செய்ய பி. ஐ. என். ஏ. பி-செயல்பாட்டு பலேடியம் நானோ துகள்கள் மற்றும் தங்க நானோ துகள்கள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன; அவை நானோ துகள்கள் அல்லாத பி. டி-பி. ஐ. என். ஏ. பி வளாகங்களை விட அதிக வினையூக்கியாகவும் நிலையானதாகவும் இருப்பது கண்டறியப்பட்டது. இரண்டு உலோகங்களைக் கொண்ட ஒரு நானோ துகள்களால் எதிர்வினை ஊக்குவிக்கப்படலாம். கரிம ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள் அடிபிக் அமிலத்தை உருவாக்க ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, மேலும் இது கோபால்ட் நானோ துகள்களால் ஊக்குவிக்கப்படலாம். நைலான் 6,6 பாலிமரை உற்பத்தி செய்ய இது ஒரு தொழில்துறை அளவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. உலோக நானோ துகள்களால் ஊக்குவிக்கப்படும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினைகளின் பிற எடுத்துக்காட்டுகளில் சைக்ளோ ஆக்டேனின் ஆக்சிஜனேற்றம், எத்தீனின் ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் குளுக்கோஸ் ஆக்சிஜனேற்றம் ஆகியவை அடங்கும். சி-சி இணைப்பு எதிர்வினைகள் உலோக நானோ துகள்கள் ஒலிஃபின்களின் ஹைட்ரோஃபார்மைலேஷன், வைட்டமின் ஈ மற்றும் ஹெக் இணைப்பு மற்றும் சுசுகி இணைப்பு எதிர்வினைகள் போன்ற சி-சி இணைப்பு எதிர்வினைகளை ஊக்குவிக்க முடியும். பல்லேடியம் நானோ துகள்கள் ஹெக் இணைப்பு எதிர்வினைகளை திறம்பட ஊக்குவிக்கும் என்று கண்டறியப்பட்டது. பல்லேடியம் நானோ துகள்களில் உள்ள ஈந்தணைவிகளின் அதிகரித்த எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி அவற்றின் வினையூக்கி செயல்பாட்டை அதிகரித்ததாக கண்டறியப்பட்டது. Pd2 (dba) 3 சேர்மம் Pd (0) இன் மூலமாகும், இது குறுக்கு இணைப்பு எதிர்வினைகள் உட்பட பல எதிர்வினைகளுக்கு பயன்படுத்தப்படும் பல்லேடியத்தின் வினையூக்கியாக செயல்படும் மூலமாகும். Pd2 (dba) 3 ஒரு ஒரே மாதிரியான வினையூக்க முன்னோடியாக கருதப்பட்டது, ஆனால் சமீபத்திய கட்டுரைகள் பல்லேடியம் நானோ துகள்கள் உருவாகின்றன என்று கூறுகின்றன, இது ஒரு பன்முக வினையூக்க முன்னோடியாக அமைகிறது. மாற்று எரிபொருள்கள் இரும்பு ஆக்சைடு மற்றும் கோபால்ட் நானோ துகள்களை அலுமினா போன்ற பல்வேறு மேற்பரப்பு செயலில் உள்ள பொருட்களில் ஏற்றலாம், கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் போன்ற வாயுக்களை ஃபிஷர்-டிராப்ஸ் செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி திரவ ஹைட்ரோகார்பன் எரிபொருள்களாக மாற்றலாம். நானோ பொருள் அடிப்படையிலான வினையூக்கிகள் பற்றிய அதிக ஆராய்ச்சி எரிபொருள் செல்களில் வினையூக்கி பூச்சு செயல்திறனை அதிகரிப்பதோடு தொடர்புடையது. பிளாட்டினம் தற்போது இந்த பயன்பாட்டிற்கான மிகவும் பொதுவான வினையூக்கியாகும், இருப்பினும், இது விலையுயர்ந்த மற்றும் அரிதானது, எனவே நானோ துகள்களாக சுருங்குவதன் மூலம் மற்ற உலோகங்களின் வினையூக்கி பண்புகளை அதிகரிப்பதில் நிறைய ஆராய்ச்சிகள் நடந்து வருகின்றன, ஒருநாள் அவை பிளாட்டினத்திற்கு ஒரு திறமையான மற்றும் பொருளாதார மாற்றாக இருக்கும் என்ற நம்பிக்கையில். தங்க நானோ துகள்கள் வினையூக்கி பண்புகளையும் வெளிப்படுத்துகின்றன, மொத்த தங்கம் எதிர்வினையாற்றவில்லை என்ற போதிலும். யட்ரியம் நிலைப்படுத்தப்பட்ட சிர்கோனியம் நானோ துகள்கள் ஒரு திட ஆக்சைடு எரிபொருள் கலத்தின் செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை அதிகரிப்பதாக கண்டறியப்பட்டது. நானோ பொருள் ரூத்தேனியம்/பிளாட்டினம் வினையூக்கிகள் ஹைட்ரஜன் சேமிப்பிற்காக ஹைட்ரஜனின் சுத்திகரிப்பை ஊக்குவிக்க பயன்படுத்தப்படலாம். பல்லேடியம் நானோ துகள்களை கரிம உலோக ஈந்தணைவிகளுடன் செயல்படுத்தி, சுற்றுச்சூழலில் காற்று மாசுபாட்டைக் கட்டுப்படுத்த CO மற்றும் NO இன் ஆக்சிஜனேற்றத்தை ஊக்குவிக்க முடியும். கார்பன் நானோகுழாய் ஆதரவு வினையூக்கிகள் எரிபொருள் செல்களுக்கான கேத்தோடு வினையூக்கி ஆதரவாகப் பயன்படுத்தப்படலாம் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்களின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிக்க உலோக நானோ துகள்கள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. பிளாட்டினம்-கோபால்ட் இரு உலோக நானோ துகள்கள் கார்பன் நானோகுழாய்களுடன் இணைந்து நேரடி மெத்தனால் எரிபொருள் செல்களுக்கு நம்பிக்கைக்குரிய வேட்பாளர்கள், ஏனெனில் அவை அதிக நிலையான மின்னோட்ட மின்முனையை உற்பத்தி செய்கின்றன. காந்த வேதியியலில், நானோ துகள்கள் மருத்துவ பயன்பாட்டிற்கான வினையூக்கி ஆதரவுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம். நானோசைம்கள் வழக்கமான வினையூக்கியைத் தவிர, இயற்கை என்சைம்களைப் பிரதிபலிப்பதற்காக நானோ பொருட்கள் ஆராயப்பட்டுள்ளன. நொதியைப் பிரதிபலிக்கும் செயல்பாடுகளைக் கொண்ட நானோ பொருட்கள் நானோசைம்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. ஆக்சிடேஸ், பெராக்ஸிடேஸ், கேடலேஸ், எஸ்ஓடி, நியூக்ளியேஸ் போன்ற இயற்கை நொதிகளின் வகைகளைப் பிரதிபலிக்க பல நானோ பொருட்கள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. நானோசைம்கள் பயோசென்சிங் மற்றும் பயோ இமேஜிங் முதல் சிகிச்சை மற்றும் நீர் சுத்திகரிப்பு வரை பல பகுதிகளில் பரந்த பயன்பாடுகளைக் கண்டறிந்துள்ளன. மின்கடத்தலுக்கான நானோ கட்டமைப்புகள் நானோ வினையூக்கிகள் எரிபொருள் செல்கள் மற்றும் மின்னாற்பகுப்புகளில் பரந்த ஆர்வத்தைக் கொண்டுள்ளன, அங்கு வினையூக்கி செயல்திறனை வலுவாக பாதிக்கிறது. நானோ போரஸ் மேற்பரப்புகள் எரிபொருள் செல்களில், நானோ போரஸ் பொருட்கள் கேத்தோட்களை உருவாக்க பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பிளாட்டினத்தின் நுண்ணிய நானோ துகள்கள் நானோ வினையூக்கத்தில் நல்ல செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவை குறைவான நிலையானவை மற்றும் அவற்றின் ஆயுட்காலம் குறுகியதாகும். நானோ துகள்களின் பயன்பாட்டில் உள்ள ஒரு குறைபாடு, அவற்றின் திரட்டும் போக்கு ஆகும். சரியான வினையூக்கி ஆதரவு மூலம் சிக்கலைத் தணிக்க முடியும். நானோ துகள்கள் நானோ சென்சார்களாக பயன்படுத்த உகந்த கட்டமைப்புகள், ஏனெனில் அவை குறிப்பிட்ட மூலக்கூறுகளைக் கண்டறிய ட்யூன் செய்யப்படலாம். பல சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களில் மின்கடத்தப்பட்ட Pd நானோ துகள்களின் எடுத்துக்காட்டுகள் குறுக்கு-இணைப்பு எதிர்வினைகளின் வினையூக்கிக்கு நல்ல செயல்பாட்டைக் காட்டியுள்ளன. நானோ வயர்கள் மின்கடத்தா நோக்கத்திற்காக மிகவும் சுவாரஸ்யமானவை, ஏனெனில் அவை உற்பத்தி செய்ய எளிதானது மற்றும் உற்பத்தி செயல்பாட்டில் அவற்றின் பண்புகள் மீதான கட்டுப்பாடு மிகவும் துல்லியமானது. மேலும், நானோ வயர்கள் அவற்றின் இடஞ்சார்ந்த அளவு காரணமாக ஃபாரடைக் செயல்திறனை அதிகரிக்க முடியும், இதனால் செயலில் உள்ள மேற்பரப்பில் எதிர்வினைகள் அதிக அளவில் கிடைக்கும். பொருட்கள் மின்கடத்தல் செயல்முறைகளில் ஈடுபடும் நானோ கட்டமைப்புகள் வெவ்வேறு பொருட்களால் உருவாக்கப்படலாம். நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட பொருட்களின் பயன்பாட்டின் மூலம், மின்கடத்திகள் நல்ல இயற்பியல்-வேதியியல் ஸ்திரத்தன்மை, அதிக செயல்பாடு, நல்ல கடத்துத்திறன் மற்றும் குறைந்த செலவை அடைய முடியும். உலோக நானோ பொருட்கள் பொதுவாக இடைநிலை உலோகங்களால் (பெரும்பாலும் இரும்பு, கோபால்ட், நிக்கல், பல்லேடியம், பிளாட்டினம்) உருவாக்கப்படுகின்றன. பல உலோக நானோ பொருட்கள் ஒவ்வொரு உலோகத்தின் பண்புகள் காரணமாக புதிய பண்புகளைக் காட்டுகின்றன. செயல்பாட்டின் அதிகரிப்பு, தேர்ந்தெடுப்பு மற்றும் ஸ்திரத்தன்மை மற்றும் செலவுக் குறைப்பு ஆகியவை இதன் நன்மைகளாகும். உலோகங்களை கோர்-ஷெல் இரு உலோக அமைப்பு போன்ற பல்வேறு வழிகளில் இணைக்க முடியும்ஃ மலிவான உலோகம் மையத்தை உருவாக்குகிறது மற்றும் மிகவும் சுறுசுறுப்பான உலோகம் (பொதுவாக ஒரு உன்னத உலோகம்) ஷெல்லை உருவாக்குகிறது. இந்த வடிவமைப்பை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம், அரிய மற்றும் விலையுயர்ந்த உலோகங்களின் பயன்பாட்டை 20 சதவீதமாகக் குறைக்கலாம். எதிர்கால சவால்களில் ஒன்று, நல்ல செயல்பாடு மற்றும் குறிப்பாக குறைந்த செலவில் புதிய நிலையான பொருட்களைக் கண்டுபிடிப்பதாகும். உலோகக் கண்ணாடிகள், பாலிமெரிக் கார்பன் நைட்ரைடு (பி. சி. என்) மற்றும் உலோக-கரிம கட்டமைப்புகளிலிருந்து (எம். ஓ. எஃப்) பெறப்பட்ட பொருட்கள் ஆகியவை தற்போது ஆராய்ச்சி முதலீடு செய்யும் மின்கடத்தா பண்புகளைக் கொண்ட பொருட்களின் சில எடுத்துக்காட்டுகளாகும். ஒளிச்சேர்க்கை பல ஒளிச்சேர்க்கை அமைப்புகள் ஒரு உன்னதமான உலோகத்துடன் இணைப்பதன் மூலம் பயனடையலாம்; முதல் புஜிஷிமா-ஹோண்டா செல் ஒரு இணை வினையூக்கி தட்டையும் பயன்படுத்தியது. உதாரணமாக, நீர் பிரிவினைக்கு ஒரு சிதறல் ஒளி வினையூக்கி உலைகளின் அத்தியாவசிய வடிவமைப்பு ஒரு நீர் சோல் ஆகும், இதில் சிதறல் கட்டம் குறைக்கடத்தி குவாண்டம் புள்ளிகளால் ஆனது, ஒவ்வொன்றும் ஒரு உலோக இணை வினையூக்கியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளதுஃ கியூடி உள்வரும் மின்காந்த கதிர்வீச்சை ஒரு கிளர்ச்சியாக மாற்றுகிறது, அதே நேரத்தில் இணை வினையூக்கி ஒரு எலக்ட்ரான் துப்புரவாளராக செயல்படுகிறது மற்றும் மின் வேதியியல் எதிர்வினையின் அதிகப்படியான திறனைக் குறைக்கிறது. நானோ துகள்களின் தன்மை செயல்பாட்டு நானோ பொருள் வினையூக்கிகளை வகைப்படுத்த பயன்படுத்தக்கூடிய சில நுட்பங்களில் எக்ஸ்-ரே ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி, டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி, வட்ட டைக்ரோயிசம் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி, நியூக்ளியர் காந்த அதிர்வு ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி, புற ஊதா-புலப்படும் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி மற்றும் தொடர்புடைய சோதனைகள் அடங்கும். நானோ மெட்டீரியல்கள் நானோ தொழில்நுட்ப மாற்றம் உலோகம் குவாண்டம் டாட் பிளாட்டினம் நானோ துகள்கள் ஐகோசாஹெட்ரல் இரட்டையர்கள் நானோசைம் குறிப்புகள் மேலும் வாசிப்பு வினையூக்கம் நானோ மெட்டீரியல்கள்