Experts find secret to gold’s catalytic powers

Gwyddonwyr yn Sefydliad Catalysis Caerdydd yn datgelu’r rheswm y tu ôl i allu catalytig dihafal aur

Mae tîm a arweiniwyd gan arbenigwyr ym Mhrifysgol Caerdydd wedi syllu’n ddwfn i strwythur catalydd aur i ddysgu’r rheswm dros weithgarwch rhyfeddol y deunydd.

Mae’r tîm, o Sefydliad Catalysis Caerdydd, wedi canfod cymysgedd o ronynnau aur o feintiau gwahanol yn y catalydd, sy’n cyfrannu i raddau gwahanol at allu catalytig aur.

Gan gyhoeddi eu canfyddiadau yn y cyfnodolyn Nature Communications, cred yr ymchwilwyr fod mod defnyddio’r cipolwg unigryw hwn, y cyntaf o’i fath, i addasu dulliau cynhyrchu catalyddion aur i’w gwneud hyd yn oed yn fwy effeithlon wrth gyflymu adweithiau cemegol.

Dywedodd yr Athro Graham Hutchings, Cyfarwyddwr Sefydliad Catalysis Caerdydd: “Byth ers inni ddarganfod gallu catalytig rhyfeddol aur, rydym wedi bod yn ei archwilio’n fanwl hyd at y raddfa nano - un rhan o biliwn o fetr - i ddysgu beth sy’n rhoi iddo’r nodweddion dihafal hyn.”

Mae’r tîm, sydd hefyd yn cynnwys ymchwilwyr o Brifysgol Lehigh a Phrifysgol Fetropolitan Tokyo, wedi dangos fod yn y catalydd ddosbarthiad eang o rywogaethau aur: nanoronynnau sy’n fwy nag un nanofetr mewn maint; clystyrau is-nanofetr sy’n cynnwys llai nag 20 atom; ac atomau aur unigol.

“Rydym wedi dangos yn ddigamsyniol nad y gronynnau na’r atomau unigol na’r clystyrau sy’n gwbl gyfrifol am gatalysis effeithlon, ond yn wir cyfuniad o’r tri, y mae pob un yn cyfrannu i raddau wahanol,” meddai’r Athro Hutchings.

Dangosodd yr ymchwil taw’r clystyrau is-nanometr oedd y ffordd fwyaf effeithlon o ddefnyddio aur i gataleiddio adweithiau, tra bod y gronynnau mwy yn llai effeithlon a’r atomau unigol hyd yn oed yn llai effeithlon eto.

I ddod i’r casgliadau, archwiliodd yr ymchwilwyr aur ar samplau o haearn ocsid dan feicrosgop electronau eithriadol o bwerus, gan gyfateb eu harsylwadau i berfformiad catalytig y samplau eu hunain. Dangosai’r canlyniadau fod y perfformiad catalytig yn dibynnu ar sut y cawsai’r samplau eu paratoi’n wreiddiol, sy’n achosi newid yn nosbarthiadau aur.

Cefnogwyd yr astudiaeth gan y Gymdeithas Siapaneaidd er Hyrwyddo Gwyddoniaeth a gefnogai’r Dr Simon Freakley, o Sefydliad Catalysis Caerdydd, i deithio i labordy’r Athro Masatake Haruta, y gwyddonydd a ganfu’r system gatalydd hon, i ddysgu mwy am effaith paratoi catalyddion drwy ddulliau gwahanol.

Meddai Qian He, cymrawd ymchwil ym Mhrifysgol Caerdydd a arweiniai’r astudiaeth meicrosgop electronau: “Yn y pen draw, roedd mân wahaniaethau rhwng trefn a chyflymder ychwanegu’r cynhwysion wrth baratoi’r metel. Wedi’u harchwilio dan y meicrosgop electronau, roedd yn amlwg fod y ddau ddull a oedd fymryn yn wahanol i’w gilydd yn creu dosbarthiadau tra wahanol o ronynnau, clystyrau ac atomau ar wasgar ar y sail.”

Mae’r Athro Hutchings a’i dîm wedi arloesi ymchwil i gatalyddion aur dros y blynyddoedd diwethaf, gan wneud canfyddiad arloesol fod aur yn gatalydd rhyfeddol wrth gynhyrchu finyl clorid - prif gynhwysyn PVC. Catalydd mercwri a ddefnyddir yn y diwydiant yn draddodiadol, sy'n wenwynig ac yn niweidiol i'r amgylchedd. Mae aur yn rhoi dewis arall.

O ganlyniad i waith arloesol yr Athro Hutchings, mae'r catalydd aur bellach wedi'i fasnacheiddio gan y cwmni cemegau blaenllaw Johnson Matthey, ac mae'n cael ei gynhyrchu mewn adweithydd pwrpasol yn Shanghai, Tsieina ar hyn o bryd.

Mae amcangyfrifon cyfredol yn awgrymu y gellir gweithgynhyrchu dros 20 miliwn tunnell o finyl clorid bob blwyddyn drwy ddefnyddio'r catalydd aur.