سائنسدان دھاتی آکسائیڈ کے رد عمل کو دیکھنے کے لیے پیرو آکسائیڈ کا استعمال کرتے ہیں۔

07 اپریل 2023 (نانورک نیوز) Binghamton یونیورسٹی کے محققین نے سینٹر فار فنکشنل نینو میٹریلز (CFN) کے ساتھ تحقیقی شراکت کی قیادت کی — جو کہ بروکہاون نیشنل لیبارٹری میں یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی (DOE) آفس آف سائنس یوزر فیسیلٹی — کاپر آکسائیڈ کی سطح پر کس طرح پیرو آکسائیڈ ہوتے ہیں۔ ہائیڈروجن کے آکسیکرن کو فروغ دیتا ہے لیکن کاربن مونو آکسائیڈ کے آکسیکرن کو روکتا ہے، جس سے وہ آکسیکرن رد عمل کو آگے بڑھا سکتے ہیں۔ وہ ان فوری تبدیلیوں کا مشاہدہ کرنے کے قابل تھے دو اعزازی سپیکٹروسکوپی طریقوں سے جو اس طرح استعمال نہیں ہوئے ہیں۔ اس کام کے نتائج جرنل میں شائع کیے گئے ہیں۔ نیشنل اکیڈمی آف سائنسز کی کاروائی ("پیروکسائڈ پرجاتیوں کے ذریعہ آکسائڈ کی سطح کی رد عمل کو ٹیوننگ")۔ CFN کے مادی سائنس دان انیبل بوسکوبوئنک نے وضاحت کرتے ہوئے کہا، "کاپر سب سے زیادہ مطالعہ شدہ اور متعلقہ سطحوں میں سے ایک ہے، دونوں کیٹالیسس اور سنکنرن سائنس میں۔" "صنعت میں استعمال ہونے والے بہت سے مکینیکل پرزے تانبے سے بنے ہوتے ہیں، اس لیے سنکنرن کے عمل کے اس عنصر کو سمجھنے کی کوشش کرنا بہت ضروری ہے۔" "میں نے ہمیشہ تانبے کے نظام کو دیکھنا پسند کیا ہے،" ایشلے ہیڈ نے کہا کہ CFN میں ایک مادی سائنسدان بھی ہیں۔ "ان میں ایسی دلچسپ خصوصیات اور ردعمل ہیں، جن میں سے کچھ واقعی حیران کن ہیں۔" آکسائڈ کیٹیلسٹس کی بہتر تفہیم حاصل کرنے سے محققین کو ان کے پیدا کردہ کیمیائی رد عمل پر زیادہ کنٹرول ملتا ہے، بشمول صاف توانائی کے حل۔ مثال کے طور پر، تانبا اتپریرک طریقے سے میتھانول کو قیمتی ایندھن میں تبدیل کر سکتا ہے، لہذا تانبے پر آکسیجن کی مقدار اور الیکٹرانوں کی تعداد کو کنٹرول کرنے کے قابل ہونا موثر کیمیائی رد عمل کے لیے ایک اہم قدم ہے۔

پیرو آکسائیڈ بطور پراکسی

پیرو آکسائیڈز کیمیائی مرکبات ہیں جن میں دو آکسیجن ایٹم ہوتے ہیں جو مشترکہ الیکٹران سے جڑے ہوتے ہیں۔ پیرو آکسائیڈز میں بانڈ کافی کمزور ہے، جو دوسرے کیمیکلز کو اس کی ساخت کو تبدیل کرنے دیتا ہے، جس کی وجہ سے وہ بہت رد عمل پیدا کرتے ہیں۔ اس تجربے میں، سائنسدان مختلف گیسوں کے ساتھ تشکیل پانے والے پیرو آکسائیڈ پرجاتیوں کے میک اپ کی شناخت کرکے آکسائڈائزڈ تانبے کی سطح (CuO) پر کیٹلیٹک آکسیڈیشن کے رد عمل کے ریڈوکس مراحل کو تبدیل کرنے میں کامیاب رہے: O2 (آکسیجن)، ایچ2 (ہائیڈروجن)، اور CO (کاربن مونو آکسائیڈ)۔ بائنڈنگ توانائی اور کاپر آکسائیڈ (CuO) پر پیرو آکسائیڈ (OO) کی تشکیل کا مقام۔ (تصویر: بی این ایل) ریڈوکس کمی اور آکسیڈیشن کا مجموعہ ہے۔ اس عمل میں، آکسائڈائزنگ ایجنٹ ایک الیکٹران حاصل کرتا ہے اور کم کرنے والا ایجنٹ ایک الیکٹران کھو دیتا ہے۔ ان مختلف پیرو آکسائیڈ پرجاتیوں کا موازنہ کرتے ہوئے اور یہ اقدامات کیسے انجام پائے، محققین نے پایا کہ پیرو آکسائیڈ کی سطحی تہہ نے H کے حق میں CuO کی کمی کو نمایاں طور پر بڑھایا ہے۔2 آکسیکرن انہوں نے یہ بھی پایا کہ، دوسری طرف، اس نے CO (کاربن مونو آکسائیڈ) آکسیکرن کے خلاف CuO کمی کو دبانے کے لیے ایک روکنے والے کے طور پر کام کیا۔ انہوں نے پایا کہ دو آکسیکرن رد عمل پر پیرو آکسائیڈ کا یہ مخالف اثر سطح کی جگہوں کی تبدیلی سے ہوتا ہے جہاں رد عمل ہوتا ہے۔ ان بانڈنگ سائٹس کو تلاش کرکے اور یہ سیکھ کر کہ وہ کس طرح آکسیکرن کو فروغ دیتے ہیں یا روکتے ہیں، سائنس دان ان گیسوں کا استعمال اس بات پر زیادہ کنٹرول حاصل کرنے کے لیے کر سکتے ہیں کہ یہ رد عمل کیسے انجام پاتے ہیں۔ اگرچہ ان ردعمل کو ٹیون کرنے کے لیے، سائنس دانوں کو اس بات پر واضح نظر ڈالنی تھی کہ کیا ہو رہا ہے۔

کام کے لیے صحیح ٹولز

اس ردعمل کا مطالعہ کرنا سائٹ ٹیم کے لیے اہم تھا، کیونکہ پیرو آکسائیڈز بہت رد عمل ہیں اور یہ تبدیلیاں تیزی سے ہوتی ہیں۔ صحیح ٹولز یا ماحول کے بغیر، سطح پر اتنے محدود لمحے کو پکڑنا مشکل ہے۔ تانبے کی سطحوں پر پیرو آکسائیڈ پرجاتیوں کو ماضی میں ان سیٹو انفراریڈ (IR) سپیکٹروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے کبھی نہیں دیکھا گیا۔ اس تکنیک کے ساتھ، محققین کسی مادے کی کیمیائی خصوصیات کی بہتر تفہیم حاصل کرنے کے لیے اورکت شعاعوں کا استعمال کرتے ہیں جس طرح سے تابکاری جذب ہوتی ہے یا رد عمل کے حالات میں منعکس ہوتی ہے۔ اس تجربے میں، سائنس دان پیرو آکسائیڈ کی "انواع" میں فرق کرنے میں کامیاب ہو گئے، ان کے لے جانے والے آکسیجن میں بہت معمولی تغیرات کے ساتھ، جو دوسری صورت میں دھاتی آکسائیڈ کی سطح پر شناخت کرنا بہت مشکل ہوتا۔ "میں واقعی پرجوش ہو گیا جب میں ان پیرو آکسائیڈ پرجاتیوں کے انفراریڈ سپیکٹرا کو کسی سطح پر دیکھ رہا تھا اور دیکھ رہا تھا کہ وہاں زیادہ اشاعتیں نہیں ہیں۔ یہ دلچسپ تھا کہ ہم ان اختلافات کو ایک ایسی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے دیکھ سکتے ہیں جو اس قسم کی پرجاتیوں پر وسیع پیمانے پر لاگو نہیں ہوتی ہے،" ہیڈ نے یاد کیا۔ IR سپیکٹروسکوپی خود اس بات کا یقین کرنے کے لیے کافی نہیں تھی، اسی لیے ٹیم نے ایک اور سپیکٹروسکوپی تکنیک بھی استعمال کی جسے ایمبیئنٹ پریشر ایکس رے فوٹو الیکٹران سپیکٹروسکوپی (XPS) کہا جاتا ہے۔ XPS الیکٹران کو نمونے سے باہر نکالنے کے لیے کم توانائی کی ایکس رے استعمال کرتا ہے۔ ان الیکٹرانوں کی توانائی سائنسدانوں کو نمونے میں موجود ایٹموں کی کیمیائی خصوصیات کے بارے میں اشارہ دیتی ہے۔ CFN یوزر پروگرام کے ذریعے دستیاب دونوں تکنیکوں کا ہونا اس تحقیق کو ممکن بنانے کی کلید تھی۔ بوسکوبوئنک نے کہا کہ "ان چیزوں میں سے ایک جس پر ہم فخر کرتے ہیں وہ آلات ہیں جو ہمارے پاس موجود ہیں اور ان میں ترمیم کی گئی ہے۔" "ہمارے آلات جڑے ہوئے ہیں، لہذا صارف نمونے کو ان دو تکنیکوں کے درمیان کنٹرول شدہ ماحول میں منتقل کر سکتے ہیں اور تکمیلی معلومات حاصل کرنے کے لیے ان کا مطالعہ کر سکتے ہیں۔ زیادہ تر دیگر حالات میں، صارف کو نمونہ لے کر کسی دوسرے آلے پر جانا پڑے گا، اور ماحول کی تبدیلی اس کی سطح کو تبدیل کر سکتی ہے۔" تھامس جے واٹسن کالج آف انجینئرنگ اینڈ اپلائیڈ سائنس کے پروفیسر گوانگ وین زو نے کہا، "سی ایف این کی ایک اچھی خصوصیت نہ صرف سائنس کے لیے اس کی جدید ترین سہولیات میں ہے، بلکہ یہ نوجوان محققین کو تربیت دینے کے مواقع بھی فراہم کرتی ہے۔" Binghamton یونیورسٹی میں مکینیکل انجینئرنگ کا شعبہ اور میٹریل سائنس پروگرام۔ "اس میں شامل طلباء میں سے ہر ایک نے CFN پر دستیاب مائیکروسکوپی اور سپیکٹروسکوپی ٹولز میں وسیع، ہینڈ آن تجربے سے فائدہ اٹھایا ہے۔" یہ کام Zhou کے گروپ میں پی ایچ ڈی کے چار طلباء کے تعاون سے مکمل کیا گیا: یاگوانگ ژو اور جیانیو وانگ، اس مقالے کے پہلے شریک مصنف، اور شیام پٹیل اور چوران لی۔ یہ تمام طلباء اپنے کیریئر کے ابتدائی دور میں ہیں، جنہوں نے ابھی 2022 میں پی ایچ ڈی کی ڈگری حاصل کی ہے۔

مستقبل کے نتائج

اس تحقیق کے نتائج کاپر کے علاوہ دیگر قسم کے رد عمل اور دیگر اتپریرک پر بھی لاگو ہو سکتے ہیں۔ یہ نتائج اور وہ عمل اور تکنیک جن کی وجہ سے وہاں کے سائنسدانوں نے متعلقہ تحقیق میں اپنا راستہ تلاش کیا۔ دھاتی آکسائڈ بڑے پیمانے پر خود اتپریرک یا اتپریرک میں اجزاء کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ دوسرے آکسائڈز پر پیرو آکسائیڈ کی تشکیل کو دوسرے اتپریرک عملوں کے دوران سطح کے رد عمل کو روکنے یا بڑھانے کا ایک طریقہ ہو سکتا ہے۔ ہیڈ نے کہا، "میں تانبے اور تانبے کے آکسائیڈ سے متعلق کچھ دوسرے منصوبوں میں شامل ہوں، بشمول کاربن ڈائی آکسائیڈ کو میتھانول میں تبدیل کرنا تاکہ صاف توانائی کے لیے ایندھن کے طور پر استعمال کیا جا سکے۔" "ان پیرو آکسائیڈز کو اسی سطح پر دیکھنا جسے میں استعمال کرتا ہوں، اس میں تانبے اور دیگر دھاتی آکسائیڈز کا استعمال کرتے ہوئے دوسرے منصوبوں پر اثر ڈالنے کی صلاحیت ہے۔"

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62765.php