বিজ্ঞানীরা ধাতু অক্সাইড প্রতিক্রিয়া দেখতে পারক্সাইড ব্যবহার করেন

এপ্রিল 07, 2023 (নানোওয়ার্ক নিউজ) বিংহামটন ইউনিভার্সিটির গবেষকরা সেন্টার ফর ফাংশনাল ন্যানোমেটেরিয়ালস (সিএফএন)-এর সাথে গবেষণায় অংশীদারিত্বের নেতৃত্ব দিয়েছেন - ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (ডিওই) অফিস অফ সায়েন্স ইউজার ফ্যাসিলিটি-তামার অক্সাইডের পৃষ্ঠে কীভাবে পারক্সাইড হয় তা আরও ভালভাবে দেখতে হাইড্রোজেনের জারণকে উন্নীত করে কিন্তু কার্বন মনোক্সাইডের জারণকে বাধা দেয়, যা তাদের অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়া পরিচালনা করতে দেয়। তারা দুটি প্রশংসাসূচক স্পেকট্রোস্কোপি পদ্ধতির সাথে এই দ্রুত পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম হয়েছিল যা এইভাবে ব্যবহার করা হয়নি। এই কাজের ফলাফল জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে ন্যাশনাল একাডেমী অফ সায়েন্সেসের প্রসিডিংস ("পেরক্সাইড প্রজাতি দ্বারা অক্সাইডের পৃষ্ঠের প্রতিক্রিয়াশীলতা টিউন করা") "তামা হল সবচেয়ে অধ্যয়ন করা এবং প্রাসঙ্গিক পৃষ্ঠগুলির মধ্যে একটি, উভয় অনুঘটক এবং জারা বিজ্ঞানে," CFN-এর পদার্থ বিজ্ঞানী অ্যানিবাল বোসকোবোইনিক ব্যাখ্যা করেছেন৷ "শিল্পে ব্যবহৃত অনেক যান্ত্রিক অংশ তামা দিয়ে তৈরি, তাই জারা প্রক্রিয়ার এই উপাদানটি বোঝার চেষ্টা করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ।" "আমি সর্বদা তামার সিস্টেমগুলি দেখতে পছন্দ করি," বলেছেন অ্যাশলে হেড সিএফএন-এর একজন পদার্থ বিজ্ঞানীও৷ "তাদের যেমন আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য এবং প্রতিক্রিয়া রয়েছে, যার মধ্যে কিছু সত্যিই আকর্ষণীয়।" অক্সাইড অনুঘটক সম্পর্কে আরও ভালোভাবে বোঝার ফলে গবেষকরা পরিষ্কার শক্তির সমাধান সহ তাদের উৎপন্ন রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির উপর আরও নিয়ন্ত্রণ দেয়। তামা, উদাহরণস্বরূপ, অনুঘটকভাবে মিথেনলকে মূল্যবান জ্বালানীতে রূপান্তর করতে পারে, তাই তামার উপর অক্সিজেনের পরিমাণ এবং ইলেকট্রনের সংখ্যা নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম হওয়া দক্ষ রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির জন্য একটি মূল পদক্ষেপ।

একটি প্রক্সি হিসাবে পারক্সাইড

পারক্সাইড হল রাসায়নিক যৌগ যা ভাগ করা ইলেকট্রন দ্বারা সংযুক্ত দুটি অক্সিজেন পরমাণু ধারণ করে। পারক্সাইডের বন্ধন মোটামুটি দুর্বল, অন্যান্য রাসায়নিকগুলিকে এর গঠন পরিবর্তন করতে দেয়, যা তাদের খুব প্রতিক্রিয়াশীল করে তোলে। এই পরীক্ষায়, বিজ্ঞানীরা একটি অক্সিডাইজড কপার পৃষ্ঠে (CuO) অনুঘটক অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়াগুলির রেডক্স ধাপগুলিকে বিভিন্ন গ্যাস দিয়ে গঠিত পারক্সাইড প্রজাতির মেকআপ সনাক্ত করে পরিবর্তন করতে সক্ষম হন: O2 (অক্সিজেন), এইচ2 (হাইড্রোজেন), এবং CO (কার্বন মনোক্সাইড)। কপার অক্সাইড (CuO) তে বাঁধাই শক্তি এবং পারক্সাইড (OO) গঠনের অবস্থান। (ছবি: বিএনএল) রেডক্স হল হ্রাস এবং অক্সিডেশনের সংমিশ্রণ। এই প্রক্রিয়ায়, অক্সিডাইজিং এজেন্ট একটি ইলেকট্রন লাভ করে এবং হ্রাসকারী এজেন্ট একটি ইলেকট্রন হারায়। এই বিভিন্ন পারক্সাইড প্রজাতির তুলনা করার সময় এবং এই পদক্ষেপগুলি কীভাবে কার্যকর হয়েছিল, গবেষকরা দেখতে পেয়েছেন যে পারঅক্সাইডের একটি পৃষ্ঠ স্তর H এর পক্ষে উল্লেখযোগ্যভাবে CuO হ্রাসযোগ্যতা বাড়িয়েছে।2 জারণ তারা আরও দেখেছে যে, অন্যদিকে, এটি CO (কার্বন মনোক্সাইড) অক্সিডেশনের বিরুদ্ধে CuO হ্রাসকে দমন করতে একটি বাধা হিসাবে কাজ করে। তারা দেখতে পেল যে দুটি অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়ার উপর পারক্সাইডের এই বিপরীত প্রভাবটি পৃষ্ঠের স্থানগুলির পরিবর্তন থেকে উদ্ভূত হয় যেখানে প্রতিক্রিয়াটি ঘটে। এই বন্ধন সাইটগুলি খুঁজে বের করে এবং কীভাবে তারা অক্সিডেশন প্রচার বা বাধা দেয় তা শেখার মাধ্যমে, বিজ্ঞানীরা এই গ্যাসগুলিকে কীভাবে এই প্রতিক্রিয়াগুলি কার্যকর হয় তার আরও নিয়ন্ত্রণ পেতে ব্যবহার করতে পারেন। যদিও এই প্রতিক্রিয়াগুলি সুর করার জন্য, বিজ্ঞানীদের কী ঘটছে তা পরিষ্কারভাবে দেখতে হয়েছিল।

কাজের জন্য সঠিক টুল

এই প্রতিক্রিয়া অধ্যয়নরত সিটি ইন দলের জন্য গুরুত্বপূর্ণ ছিল, যেহেতু পারক্সাইডগুলি খুব প্রতিক্রিয়াশীল এবং এই পরিবর্তনগুলি দ্রুত ঘটে। সঠিক সরঞ্জাম বা পরিবেশ ছাড়া, পৃষ্ঠে এত সীমিত মুহূর্ত ধরা কঠিন। অতীতে ইন-সিটু ইনফ্রারেড (আইআর) স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করে তামার পৃষ্ঠের পারঅক্সাইড প্রজাতি কখনও দেখা যায়নি। এই কৌশলটির সাহায্যে, গবেষকরা প্রতিক্রিয়া অবস্থার অধীনে বিকিরণ শোষিত বা প্রতিফলিত হওয়ার উপায় দেখে একটি উপাদানের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে আরও ভাল বোঝার জন্য ইনফ্রারেড বিকিরণ ব্যবহার করেন। এই পরীক্ষায়, বিজ্ঞানীরা পারঅক্সাইডের "প্রজাতি" আলাদা করতে সক্ষম হয়েছিলেন, তারা যে অক্সিজেন বহন করছিলেন তার খুব সামান্য তারতম্যের সাথে, যা অন্যথায় একটি ধাতব অক্সাইড পৃষ্ঠে সনাক্ত করা খুব কঠিন ছিল। “আমি সত্যিই উত্তেজিত হয়েছিলাম যখন আমি একটি পৃষ্ঠে এই পারক্সাইড প্রজাতির ইনফ্রারেড স্পেকট্রা খুঁজছিলাম এবং দেখছিলাম যে সেখানে অনেক প্রকাশনা ছিল না। এটা উত্তেজনাপূর্ণ ছিল যে আমরা একটি কৌশল ব্যবহার করে এই পার্থক্যগুলি দেখতে পাচ্ছি যা এই ধরণের প্রজাতিতে ব্যাপকভাবে প্রয়োগ করা হয় না,” হেড স্মরণ করে। আইআর স্পেকট্রোস্কোপি নিজে থেকে নিশ্চিত হওয়ার জন্য যথেষ্ট ছিল না, এই কারণেই দলটি পরিবেষ্টিত চাপ এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (এক্সপিএস) নামে আরেকটি স্পেকট্রোস্কোপি কৌশলও ব্যবহার করেছিল। XPS নমুনা থেকে ইলেক্ট্রন বের করে দিতে কম শক্তির এক্স-রে ব্যবহার করে। এই ইলেক্ট্রনের শক্তি বিজ্ঞানীদের নমুনায় পরমাণুর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে সূত্র দেয়। CFN ব্যবহারকারী প্রোগ্রামের মাধ্যমে উপলব্ধ উভয় কৌশল থাকা এই গবেষণাকে সম্ভব করার মূল চাবিকাঠি ছিল। "একটি জিনিস যা আমরা নিজেদেরকে গর্বিত করি তা হল আমাদের এখানে যে যন্ত্রগুলি রয়েছে এবং সংশোধন করা হয়েছে," বোসকোবোইনিক বলেছেন৷ "আমাদের যন্ত্রগুলি সংযুক্ত রয়েছে, তাই ব্যবহারকারীরা এই দুটি কৌশলগুলির মধ্যে একটি নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে নমুনাটি সরাতে পারে এবং পরিপূরক তথ্য পেতে তাদের অবস্থার মধ্যে অধ্যয়ন করতে পারে৷ বেশিরভাগ অন্যান্য পরিস্থিতিতে, একজন ব্যবহারকারীকে একটি ভিন্ন যন্ত্রে যাওয়ার জন্য নমুনাটি বের করতে হবে এবং পরিবেশের পরিবর্তন তার পৃষ্ঠকে পরিবর্তন করতে পারে।" থমাস জে ওয়াটসন কলেজ অফ ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড অ্যাপ্লায়েড সায়েন্স-এর অধ্যাপক গুয়াংওয়েন ঝু বলেন, "সিএফএন-এর একটি চমৎকার বৈশিষ্ট্য শুধুমাত্র বিজ্ঞানের জন্য এর অত্যাধুনিক সুবিধার মধ্যেই নয়, বরং এটি তরুণ গবেষকদের প্রশিক্ষণ দেওয়ার সুযোগও দেয়।" বিংহামটন ইউনিভার্সিটির মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগ এবং উপকরণ বিজ্ঞান প্রোগ্রাম। "সম্পর্কিত প্রতিটি শিক্ষার্থী সিএফএন-এ উপলব্ধ মাইক্রোস্কোপি এবং স্পেকট্রোস্কোপি সরঞ্জামগুলিতে বিস্তৃত, হাতে-কলমে অভিজ্ঞতা থেকে উপকৃত হয়েছে।" এই কাজটি Zhou-এর গ্রুপের চারজন পিএইচডি ছাত্রের অবদানে সম্পন্ন হয়েছিল: ইয়াগুয়াং ঝু এবং জিয়ান্যু ওয়াং, এই গবেষণাপত্রের প্রথম সহ-লেখক, এবং শ্যাম প্যাটেল এবং চাওরান লি। এই সমস্ত ছাত্ররা তাদের কর্মজীবনের প্রথম দিকে 2022 সালে তাদের পিএইচডি অর্জন করেছে।

ভবিষ্যতের ফলাফল

এই গবেষণার ফলাফল তামা ছাড়াও অন্যান্য ধরণের প্রতিক্রিয়া এবং অন্যান্য অনুঘটকের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য হতে পারে। এই ফলাফলগুলি এবং প্রক্রিয়া এবং কৌশলগুলি যা সেখানে বিজ্ঞানীদের নেতৃত্বে সম্পর্কিত গবেষণায় তাদের উপায় খুঁজে পেতে পারে। ধাতব অক্সাইড ব্যাপকভাবে অনুঘটক বা অনুঘটকের উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়। অন্যান্য অক্সাইডে পারক্সাইড গঠনের টিউনিং অন্যান্য অনুঘটক প্রক্রিয়ার সময় পৃষ্ঠের প্রতিক্রিয়াগুলিকে ব্লক বা উন্নত করার একটি উপায় হতে পারে। "আমি তামা এবং কপার অক্সাইড সম্পর্কিত কিছু অন্যান্য প্রকল্পের সাথে জড়িত, যার মধ্যে কার্বন ডাই অক্সাইডকে মিথানলে রূপান্তরিত করে পরিচ্ছন্ন শক্তির জন্য জ্বালানী হিসাবে ব্যবহার করা," হেড বলেছিলেন। "আমি যে পৃষ্ঠের উপর এই পারঅক্সাইডগুলি ব্যবহার করি তা দেখে তামা এবং অন্যান্য ধাতব অক্সাইড ব্যবহার করে অন্যান্য প্রকল্পগুলিতে প্রভাব ফেলার সম্ভাবনা রয়েছে।"

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• প্লেটোব্লকচেন। Web3 মেটাভার্স ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62765.php