زنگ زدن آهن می‌تواند مفید باشد!

زنگ زدن آهن همیشه یک فرآیند مخرب در صنعت بوده است، اما یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که می‌توان از اکسید شدن آهن، استفاده‌های مفیدی هم کرد.پژوهشگران به مشاهده نانوذرات آهن با قدرت تفکیک اتمی پرداختند و تبدیل آن به اکسید آهن (نه آن آهن زنگ زده بلکه شکل دیگری از اکسید آهن) را مطالعه کردند و دریافتند که می‌توان از این فرآیند برای تولید نوع جدیدی از کاتالیست‌ها استفاده کرد.
آندرو کابوت از مؤسسه کاتالونیا معتقد است که این اولین باری است که فرآیند اکسیداسیون با این جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته است. زمانی که فلز اکسید می‌شود، اتم‌های اکسیژن به آن متصل می‌شوند و فلز زنگ می‌زند. اما آهن می‌تواند به اشکال مختلفی اکسید شود که برخی از آنها مفید هستند.
یوگانگ سان و همکارانش از دانشگاه تمپل اقدام به تولید نانوذرات اکسید آهن توخالی کردند که می‌تواند به‌عنوان کاتالیست برای تسریع فرآیندهای شیمیایی یا در رهاسازی دارو مورد استفاده قرارگیرد. اما تولید این نانوورق‌ها از نانوذرات طلا، نیازمند کنترل دقیق فرآیند اکسیداسیون است.
اگر اتم‌های اکسیژن برای وارد شدن به ساختار نانوذرات آهن سریع‌تر از اتم‌های آهن که در حال خارج شدن هستند عمل کنند، نانوذره ایجاد شده شبیه به توپ جامد و سخت می‌شود. اگر خروج آهن سریع‌تر از ورود اکسیژن باشد، ساختار کروی توخالی ایجاد می‌شود؛ چیزی که محققان این پروژه به دنبال آن هستند.
کنترل این فرآیند بسیار دشوار است چرا که دقیقاً مشخص نیست که این پوسته‌ها در مقیاس اتمی چگونه شکل می‌گیرند. تا پیش از این مشاهده این فرآیند انجام نشده بود؛ چرا که روش‌های میکروسکوپی بسیار قوی تنها قادر به تصویربرداری دو بعدی بوده‌اند.
محققان برای حل این مشکل از شلیک اشعه ایکس استفاده کردند. آنها پرتوهای اشعه ایکس که از نانوذرات اکسید شده بازگشتند را اندازه‌گیری کرده و از مدل‌های کامپیوتری برای شبیه‌سازی چگونگی حرکت اتم‌ها و انجام واکنش شیمیایی استفاده کردند. نتایج نشان داد که با اکسید شدن نانوذرات، حفره‌های کوچکی توسعه یافته و با هم ترکیب شده و در نهایت یک حفره توخالی با پوسته اکسید آهن شکل می‌گیرد.

نتایج این پروژه در نشریه Science به چاپ رسیده است.