يعتبر المحفز مادة يمكن إضافتها إلى تفاعل معين بهدف زيادة معدل التفاعل دون أن يتم استهلاكها خلال العملية، حيث تساهم المحفزات في تسريع عمليات التفاعل من خلال تقليل كمية الطاقة اللازمة لتنشيط التفاعل أو عن طريق تغيير آلية التفاعل، كما تعد عملية التحفيز ركيزة من أهم ركائز الصناعات الكيماوية. لذلك يعتبر تطوير المحفزات الفعالة للاستخدام واسع النطاق أمرًا في غاية الأهمية.
وفي هذا الإطار، استخدمت الدكتورة كرياكي بوليكرونوبولو، أستاذة الهندسة الميكانيكية ومديرة مركز جامعة خليفة للتحفيز والفصل، نموذجًا متقدمًا للتصوير لتحليل الهيكل والخصائص الإلكترونية لجسيمات نانوية هندسية تعتبر أحد المواد الجديدة المرشحة للاستخدام في عمليات التحفيز.
وتم نشر النتائج التي توصل إليها فريق جامعة خليفة البحثي المكون من الدكتور ياسر الواحدي، أستاذ مساعد والدكتور فيجاي وادي، عالم باحث وزينان لو وماريوس كاتسيوتس، في المجلة العلمية المرموقة "نيتشر كوميونيكيشنز". وتعاون فريق جامعة خليفة مع باحثين من جامعة ستوكهولم في السويد والمركز الوطني اليوناني للبحوث العلمية والمركز الكوري للبحوث المجهرية الإلكترونية.
وقد تم اختيار هذا البحث من قبل المحررين في مجلة "نيشتر كوميونيكيشنز" ليتم عرضه في الموقع الإلكتروني كأبرز موضوع للبحث المعنون بـ "علوم المواد والكيمياء"، حيث تستعرض صفحة المحررين أفضل 50 ورقة بحثية تم نشرها مؤخرًا في موضوع معين في العلوم.
وتشهد المواد البلورية العديد من التفاعلات الكيميائية لصناعة الهياكل المطلوبة والمكونة من الذرات والجزيئات والأيونات التي تتجمع في هيكل البلور واحدة تلو الأخرى ليتم استخدامها في العديد من التطبيقات، حيث يتمثل ذلك الاستخدام، وفقًا للدكتورة كرياكي، بفوسفيدات المعدن التي تعتبر مجالًا رئيسًا للتحفيز، لا سيما فوسفيد النيكل الذي بدأ يظهر كمحفز لإنتاج الهيدروجين من خلال تنقية المياه وفصل الكبريت عن منتجات الهيدروكربون.
ويعتمد استقرار البلورات النانوية لفوسفيد النيكل على الظروف المتوفرة خلال عمليات تجميعه، حيث توصل بحث الدكتورة كرياكي إلى أنه عند وجود زيادة في كمية الفسفور خلال عملية التفاعل تتخذ الجسيمات النانوية شكلًا سداسيًا.
ويكمن التحدي في استخدام أية مادة للتحفيز في طريقة الوصول إلى المواقع التحفيزية المحصورة داخل الهيكل. ففي إطار إنتاج بلورات فوسفيد النيكل، جمع بحث الدكتورة كرياكي بين الكيمياء والحسابات لتحديد معايير التفاعل بهدف تطوير بلور مثالي يمكن التنبؤ بأسطحه الخارجية وهيكله الإلكتروني.
وقالت الدكتورة كرياكي: "يعد تصنيع المواد النانوية أمرًا في غاية الصعوبة، ولكن بالاستعانة بالحسابات المتقدمة تمكنا من التنبؤ بهيكل البلورات والتحقق من أسطح البلورات وهيكلها مخبريًا عن طريق تقنية دراسة البلورات النانوية".
وتستخدم تقنية دراسة البلورات النانوية في تحليل الأنماط المختلفة من البلور المراد فحصه من خلال شعاع من الإلكترونات. وبعد دراسة البلورات النانوية لفوسفيد النيكل التي قامت بإنتاجها الدكتورة كرياكي باستخدام تقنية دراسة البلورات النانوية، توصل فريق الدكتورة البحثي إلى نتيجة مفادها أن البلورات النانوية تتكون من مجموعة متنوعة من الأسطح، منها ثلاثة أنواع رئيسة.
واستخدم الفريق البحثي أيضًا تقنية متقدمة أخرى تُعرف بـ "التصوير بالرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة"، وذلك بهدف التعرف إلى البلور النانوي بشكل أعمق وتحديد خصائص أسطحه الخارجية، إضافة للتأكد من صحة حساباتهم وتنبؤاتهم.
وتهدف طريقة التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة، والتي تعمل على نطاق ذري، إلى تحديد الخصائص الكيميائية للهيكل والهيكل ثلاثي الأبعاد والتعرف إلى ديناميكيات المواد الطلبة. وتعتبر هذه الطريقة فعالة عند استخدامها في مجال الهياكل والبيئات الإلكترونية على المستوى الذري، كما أنها قادرة على التمييز بين الأسطح الخارجية والجسيمات النانوية الداخلية.
وقالت الدكتورة كرياكي: "تعد هذه الدراسة الأولى من نوعها في مجال تحليل أسطح المحفزات النانوية للمعادن الانتقالية والتغيرات الإلكترونية المصاحبة لها والتي خلصت إلى فعالية تقنية التحليل بالرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة كأداة جديدة في دراسة المحفزات النانوية للمعادن".