Çin’deki araştırmacılar; bir buz küpündeki reaktifi yakalayıp, başka bir reaktifin solüsyonunda yavaş yavaş eriterek; geçiş metal atomlarının izole edilmesini sağladı.
Bazı reaksiyonlar (gümüş nitrat ve sodyum klorür arasında oluşan reaksiyonlar gibi) çözünmeyen katılar üretirler. Çoğu zaman, bu işlem, büyük ve düzensiz katı maddelerin yığın oluşturmasından dolayı; tercih edilmemektedir. Örneğin, nanoparçacıklar; boyutlarına bağlı olarak farklı özelliklere sahiptirler. Metal katalizörleri söz konusu olduğunda daha küçük parçacıklar genellikle daha etkilidir.
Tsinghua Üniversitesi’nden Hui Wu, Çin Bilimler Akademisi‘nden Binghui Ge ve Beihang Üniversitesi‘nden Li-Min Liu çalışmalarını şu şekilde açıklıyor: “İki şişemiz var: Biri A çözeltisi, diğeri B çözeltisi ve bu iki çözeltiyi karıştırıyoruz. Bununla birlikte, bu; bir reaktifin yüksek lokal konsantrasyonlarını oluşturur ve kontrolsüz ‘çökeltiye’ neden olabilir. Geçici çözüm; damla damla solüsyon eklemektir. Yine de; her damlacık çok sayıda molekül içerir.
Wu ve ekibinin fikri: Sudaki çözeltilerden birini dondurmak ve buz küpünü 0 ° C’nin biraz üzerinde tutulan diğer çözeltiye atmak… Buz küpü‘ndeki reaktif, yavaş bir şekilde serbest bırakıldığında; toplanıp kontrolsüz şekilde büyüyen çekirdek parçacıklarının oluşumunu bastırır ve bu da ekibin; tek metal atomları oluşturmasına izin verir.
Buz küplerinde dondurulmuş metal tuzları; olağan karıştırma işleminin aksine, (tek tek metal atomlarının) indirgeyici çözelti oluşturana kadar yavaşça bırakılır.
Ekip; indirgen* etken çözeltiye, bir ‘metal tuzu buz küpü’nü ekleyerek; bakır, gümüş, altın, platin ve rutenyum da dahil olmak üzere on bir geçiş metali üzerinde kendi yöntemini denedi. Buz küpü saniyede nm2 başına beşten daha az metal katyonu bıraktığından, metaller çekirdeklenemez ve çökelemez. Bunun yerine, katyonlar teker teker azaltılır ve çevresindeki su molekülleri tarafından dengelenmiş izole atomlar olarak kalır. Wu, Ge, Liu ve meslektaşları, karbon tabakaları üzerindeki metal atomları yakalayıp, bunları tarama tünel sistemi mikroskopisi (scanning tunnelling microscopy) ile görselleştirdiler.
* indirgen: oksit durumundaki bir cismin oksijenini alma ya da daha düşük bir oksitleme derecesine indirme özelliği bulunan madde.
Kanada McGill Üniversitesi‘ndeki nanopartikül katalizörlerini inceleyen Audrey Moores: “Bu araştırmaya giren tasarım ve düşünce miktarından çok etkilendim. Bir bakıma, herkesin kullandığı klasik çözelten-çözülebilen enjeksiyonun çok küçük bir değişikliğidir, ancak dramatik olarak farklı bir sonuca yol açtı.”
Moores da kendi laboratuvarında, buz eritme yöntemini kullanacağını ekliyor. Buzla eritme ile ultra-yavaş reaktif madde salınımı; metal atom sentezine faydalı olabilir.
Wu, Chemistry World’e şunları söyledi: “Gelecekte, sadece sulu çözeltilere değil; aynı zamanda organik kimya reaksiyonlarını gerçekleştirmek için başka çözücülere de bakmak istiyoruz.”
Moores’un düşüncesi ise; ‘bu solüsyonların tekli atomların destekler üzerine sabitlenmesinin çok yararlı olacağı’ yönünde. Böylece; kimyasal buhar birikimi* yöntemlerine kıyasla, enerji çabasını büyük oranda düşürmüş oluyor.
* Kimyasal buhar birikimi (CVD): yüksek kaliteli, yüksek performanslı katı malzemeler üretmek için kullanılan kimyasal bir işlemdir
