1
مواد نانوساختار و نانوابعاد متخلخل و كاربردهاي كاتاليستي
رضا شيدپور، ابوذر سهرابي جهرمي، سيد مهدي طباطبايي
كشف و كاربرد مواد متخلخل در زمينه كاتاليست ها يكي از پيشرفت هاي بزرگ در صنعت كاتاليست ها در طول دو دهه گذشته بوده
است. اين مواد متخلخل از جنس اكسيد سيليسيوم ، آلومينا و تركيباتي خاصي به نام زئولي تها بوده اند. در مواردي در طول دهه گذشته
حتي انواعي از زئولي تها توليد شده بودند كه ابعاد تخلخ لهاي آنها در حدود نانو بود.
[1] Dalhousie از نمونه نانوكريستال هاي زئوليت توليد شده در دانشگاه SEM تصوير
در مواد نانومتخلخل جديد، ابعاد تخلخ لها و منافذ اين مواد در حدود 5 تا 40 نانومتر مي باشد. تخلخ لها نيز مي توانند منظم يا نامنظم
باشند. به علت تحقيقات زياد بر روي نانومواد متخلخل اصول علمي حاكم بر توليد اين مواد تا حد زيادي مشخص شده است، بطوري كه
اكنون محققان قادرند تخلخ لهايي منظم با هندسه خاص و يكسان و با ابعاد از پيش تعيين شده براي كاربردهاي مهندسي مورد نياز مانند
جداسازي مولكولي در غشاها، انتخاب مولكولي با دقت زياد در فرايند كاتاليستي در مواد متخلخل ايجاد كنند.
[ با تخخل هاي نانومتر ي[ 2 ZSM- نمايه اي از زئوليت 5

2
مواد نانومتخلخل به وفور در طبيعت هم در سيستم هاي زيستي و هم در مواد معدني يافت مي شوند و بعضي از اين مواد به مدت
طولاني در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. پيشرفت هاي اخير براي فهميدن علمي و دستكاري در ابعاد نانو، نحوه استفاده
از اين مواد را كه استفاده از خواص ذاتي در اين مواد بود، تغيير داده و به سمت طراحي هاي هدايت شده، جهت به دست آوردن
خواص مورد نياز، پيش برده است. يك نمونه مهم از اين مواد، انواع مختلف غشاها مي باشد كه كنترل اندازه روي تخلخل آن تا حد
دقت اتمي افزايش يافته است.
غشا نانومتخلخل 1
قابلي تهاي احتمالي زيادي براي اين مواد تصور م يشود و ابزارهاي زيادي براي كنترل و توليد مواد در ابعاد اتمي و مولكولي در
آينده ايجاد م يشود. مهمتر از اين، اين دقت وكنترل فوق العاده را مي توان روي ابعاد بزرگ مواد اعمال كرد و بنابراين مي توان انتظار
داشت كه اين مواد در صنايع دارويي و غذايي در توليد صنعتي سهم داشته باشند.
مواد نانومتخلخل همه داراي منافذي كمتر از 100 نانومتر م يباشد هر چند كه بعضي از مواد ميكروتخلخل با اندازة منافذ بالاي اين
حد وجود دارند و اينگونه نيست كه بطور اكيد حد 100 نانومتر روي كنترل اندازه حفره ها رعايت شود. مانند بسياري از مواد
نانوساختار، مواد نانومتخلخل نيز به مقدار فراوان در طبيعت يافت مي شوند مانند ديواره هاي سلول كه از غشاهاي نانومتخلخل ساخته
شد هاند، هر چند كه از پيچيدگي بسيار زيادتري برخوردارند. از دهه هاي قبل در صنعت نفت به طور گسترد هاي از مواد نانومتخلخل
طبيعي به نام زئولي تها استفاده شده است. هر چند اكنون اكثراٌ به صورت مصنوعي توليد مي شوند.
[ نانو مواد متخلخل به دو دسته مواد تود هاي و غشاها تقسيم مي شوند. [ 3
1. Courtesy of MINT Center and Departments of Chemistry and Metallurgical and Materials Engineering, The University of Alabam

3
غشاهاي نانومتخلخل
يكي از مهمترين موارد كاربرد غشاهاي نانومتخلخل ناشي از توانايي ويژه تخلخ لهاي نانو كه انداز ههاي كاملاٌ دقيقي دارند، در عبور
به صورت يكي يكي از ميان غشاي سلولي. كنترل دقيق اندازه DNA ساختارهاي خاص مورد نظر مي باشد، مانند عبور مولكول هاي
اين تخلخ لها از مهم ترين مشكلات تكنيكي در ساخت اين مواد مي باشد.
رو شهاي زيادي براي ساخت مواد نانو متخلخل ابداع شده است.
در بعضي از اين روش ها، مواد خاصي با خروج از ميان يك جامد حفره هايي به جاي اين مواد بر جاي مي ماند و يا با تركيب بعضي
از پليمرها، ماده اوليه توليد و سپس با گرم كردن و در نتيجه خارج شدن مواد پليمري از لابلاي مواد جامد، تخلخ لهاي نانو را ايجاد
مي كنيم.
ماده هيبريدي اورگانوسيليكا – ساختار خودآراي سيليكا و بنزن با تخلخ لهاي 3 تا 5 نانومتر 2
همچنين تركيب پليمرها و مواد معدني مانند سيليكا از ديگر رو شهاي مورد نظر است. روش سل ژل براي ساخت مواد ژلي مانند
آئروژل استفاده مي شود. در طي اين روش يك گاز به درون ماده ژلي پراكنده م يشود و يك جامد خيلي سبك كه در بعضي مواقع
[ چگالي آن فقط چهار برابر هوا است، توليد م يشود. [ 4
2 Courtesy of Frontier Research Group VII, Toyota Central R&D

4
مواد نانو متخلخل تود هاي
سطح ويژه جامدات زماني كه نانومتخلخل مي شوند، بسيار افزايش مي يابد كه باعث بهبود خواص كاتاليستي، جذب سطحي و
جذب م يشود.
زئولي تها موادي طبيعي يا مصنوعي هستند كه مقياس آنها در ابعاد نانو يا بيشتر مي باشند و به عنوان كاتاليست از دهه هاي گذشته
استفاده مي شده اند. سطح ويژه جامدات نانومتخلخل عموم