นักวิจัยนาโนเทคค้นพบสูตรการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง ตั้งแต่ 0 ถึง 3 มิติ
ไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) คือตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่ถูกใช้อย่างกว้างขวางที่สุดในเกือบทุกๆ เทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวแสงอาทิตย์ เช่น การสังเคราะห์แสงเทียมเลียนแบบพืช (Artificial Photosynthesis) โซลาร์เซลล์ การผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากการแยกโมเลกุลน้ำด้วยแสง วัสดุทำความสะอาดตัวเองด้วยแสง วัสดุฆ่าแบคทีเรียด้วยแสง กระจกปรับแสงได้เอง และ เซนเซอร์แสง เป็นต้น ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ TiO2 ได้รับความสนใจอย่างมากตลอดมา คือราคาและความทนทาน แต่ TiO2 เองยังคงมีช่องว่างเชิงประสิทธิภาพให้นักวิจัยเชิงวัสดุสามารถพัฒนาให้ดีขึ้นได้อีก
ปัจจัยสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง คือ วัสดุต้องมีคุณสมบัติในการขนส่งประจุที่ดี และมีพื้นที่ผิวในการทำปฏิกิริยาสูง แต่เป็นเรื่องที่ยากมากที่ตัวเร่งปฏิกิริยาใดๆจะมีคุณสมบัติทั้งสองประการนี้ดีไปพร้อมๆกันในวัสดุชิ้นเดียว ยกตัวอย่างเช่น วัสดุที่เป็นผลึกเดี่ยว (single-crystalline materials) จะมีการขนส่งประจุที่ดี เนื่องจากมีการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึกอย่างเป็นระเบียบ แต่วัสดุที่เป็นผลึกเดี่ยวมักจะมีพื้นที่ผิวในการทำปฏิกิริยาต่ำ ในทางกลับกัน วัสดุที่เป็นพหุผลึก (poly-crystalline materials) มักจะมีพื้นที่ผิวสูง แต่การจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึกไม่เป็นระเบียบ ทำให้การขนส่งประจุไม่ดีและมีประสิทธิภาพโดยรวมต่ำ
ถึงแม้การพัฒนาวัสดุที่มีสมบัติทั้งสองที่ดีเลิศจะเป็นเรื่องยาก แต่ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้ ดร. ธีระ บุตรบุรี และคณะ จากทีมวิจัย NCAS ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ร่วมกับพันธมิตรที่ Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN) ได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ TiO2 ที่มีโครงสร้างแบบแตกกิ่ง (branched titanium dioxide nanostructures, BTNs) ซึ่งเป็นโครงสร้างที่พิเศษมาก เพราะแกนกลางของตัวเร่งจะเป็นผลึกเดี่ยวคล้ายลำต้นไม้ซึ่งขนส่งประจุได้ดีเยี่ยม แต่ยังมีกิ่งก้านแตกออกจากลำต้น ซึ่งช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการทำปฏิกิริยา ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยานี้มีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงที่ยอดเยี่ยม
ความโดดเด่นของงานวิจัยนี้ คือทีมวิจัยสามารถสังเคราะห์โครงสร้างซับซ้อนนี้ได้ด้วยการสังเคราะห์เพียงขั้นตอนเดียว โดยใช้สารตั้งต้นที่หาได้ง่ายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทีมวิจัยได้บ่มเพาะองค์ความรู้ทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการปลูกผลึก TiO2 มาหลายปี จนเข้าใจถึงกลไกที่อยู่เบื้องหลังการวิวัฒนาการเชิงโครงสร้างของ BTNs อยากลึกซึ้ง จึงสามารถออกแบบและควบคุมให้เกิดรูปร่างและโครงสร้างผลึกได้อย่างหลากหลาย จากแบบศูนย์มิติ (0D) หนึ่งมิติ (1D) และสองมิติ (2D) ตามลำดับ และยังสามารถปลูกโครงสร้างเหล่านี้ลงบนแผนรองรับ กลายเป็น “ป่าต้นไม้นาโน” ที่มีโครงสร้างตามต้องการได้ นับเป็นรายงานครั้งแรกของโลกที่สามารถสร้างป่าต้นไม้นาโน BTNs หลากมิติแบบนี้ได้โดยการสังเคราะห์เพียงขั้นตอนเดียว
การค้นพบนี้จึงถูกคาดหมายว่าจะส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางต่อศาสตร์หลายแขนงที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวแสงอาทิตย์ ผลงานชิ้นนี้จึงได้รับเลือกให้เป็น Hot paper ของหนึ่งในวารสารชั้นนำของโลกด้านเคมีและวัสดุศาสตร์ Journal of Materials Chemistry A และได้รับการไฮไลท์บนหน้าปกของวารสาร พร้อมกันนี้ ดร. ธีระ ยังได้รับเชิญให้เป็นหนึ่งในทีมบรรณาธิการ (Editorial board) ของวารสาร Journal of Materials Chemistry A แสดงให้เห็นถึงความล้ำหน้าทางการวิจัยด้าน Artificial Photosynthesis ของทีมวิจัย NCAS ของเราได้เป็นอย่างดี
ติดตามอ่านข่าวสารความคืบหน้างานวิจัยแห่งอนาคตทางเพจ NCAS ของพวกเรา หรือจาก www.nanotec.or.th/ncas และ อ่านผลงานวิจัยชั้นแนวหน้าของ ดร. ธีระ และคณะ เรื่อง “Unveiling General Rules Governing the Dimensional Evolution of Branched Titanium Dioxide and Impacts on Photoelectrochemical Behaviors” ได้ที่ https://doi.org/10.1039/D1TA05218G
เรียบเรียงโดย ดร. ธีระ บุตรบุรี
#NCASresearch #NCASnewarticle #Photocatalysis #ArtificialPhotosynthesis
สวัสดีปีใหม่ 2567 ผู้อ่านทุกท่าน ปีเก่าผ่านไปปีใหม่เข้ามาพร้อมกับความท้าทายโจทย์ใหญ่โจทย์เดิม คือ สภาวะโลกร้อน ที่ทำให้เกิดสภาพอากาศแปรปรวน อันส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์และระบบนิเวศของโลก สภาวะโลกร้อนนี้มีสาเหตุหลักมาจากกิจกรรมของมนุษย์ที่เพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ โดยก๊าซเรือนกระจกหลักก็คือคาร์บอนไดออกไซด์
พูดถึง PVC สิ่งแรกทีทุกคนคงนึกถึง คงจะเป็นท่อน้ำสีฟ้า แต่จริงๆ แล้ว PVC หรือ polyvinyl chloride
ประเทศไทยขึ้นชื่อว่าเป็นประเทศแห่งอุตสาหกรรมเกษตรและมีวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มากมายหลายหลาก การนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่จะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับอุตสาหกรรมเกษตรของประเทศไทย หนึ่งในผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงที่สามารถผลิตได้จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร คือ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) ซึ่งเป็นถ่านที่มีรูพรุนปริมาณมาก สามารถนำไปใช้ดูดซับและกำจัดสิ่งปนเปื้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สะอาดเหมาะกับการนำไปใช้อุปโภคและบริโภคในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น
รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2023 ได้มอบรางวัลให้กับการค้นพบและการพัฒนาควอนตัมดอทส์(Quantum Dots, QTDs) หรือ “จุดควอนตัม” ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากในระดับ 1-10 นาโนเมตร
ณ วินาทีนี้ คงไม่มีใครในโลกเทคโนโลยี ไม่รู้จัก ChatGPT generative AI model อันเลื่องชื่อ ที่มีความสามารถในการสื่อสารกับมนุษย์อย่างเป็นธรรมชาติ
ลิกนิน (Lignin) เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ ที่สามารถพบได้ในพืชทั่วไปสูงถึง 30% ทำหน้าที่เปรียบเสมือนกาวประสานช่วยยึดโครงสร้างพืชให้มีความแข็งแรง นอกจากนี้ยังช่วยลดการระเหยของน้ำ และช่วยป้องกันการถูกทำลายของเนื้อเยื่อจากจุลินทรีย์ได้อีกด้วย ลิกนินมีโครงสร้างแบบอะโรมาติก (Aromatic
ในตอนที่ 2 ของ Biorefinery series นี้ เราจะมาเล่าถึงสาร 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟูรัล (5-Hydroxymehylfurfural, HMF)
ณ วินาทีนี้ คงไม่มีใครในโลกเทคโนโลยี ไม่รู้จัก ChatGPT generative AI model อันเลื่องชื่อ ที่มีความสามารถในการสื่อสารกับมนุษย์อย่างเป็นธรรมชาติ
น้ำมันปาล์มเป็นน้ำมันพืชที่ได้จากผลของต้นปาล์มน้ำมันซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจที่หมุนเวียนได้ น้ำมันปาล์มนั้นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่นำมาใช้ได้โดยตรงเพื่อการปรุงอาหาร นำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมโอลีโอเคมี (oleochemical industry) เช่น ผลิตสารหล่อลื่นชีวภาพ (biolubricant)
จากบทความก่อนหน้านี้ เราได้บอกเล่าความน่าสนใจของสาร 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟูรัล (5-Hydroxymehylfurfural, HMF) และเล่าถึงวิธีการสังเคราะห์ชนิดนี้ไปแล้ว มาบทความในตอนที่ 3 ของ Biorefinery
ในตอนนี้จะเล่าถึงงานวิจัยของกลุ่ม NCAS ที่ประยุกต์ใช้ atomic simulation และวิธีการคำนวณแบบ Density Functional Theory calculations
เราคงคุ้นเคยกับคำว่า ปัญญาประดิษฐ์ หรือ AI เป็นอย่างดี ว่าจะมาช่วยมนุษย์ทำงาน คิดวิเคราะห์ข้อมูล และช่วยในการตัดสินใจ ทำให้เราทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เนื่องจาก
การพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีใหม่ๆ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเคมี โดยหลักการนั้นไม่ต่างจากการออกแบบรถยนต์ ที่ต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องยนต์ แต่ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี เครื่องยนต์กลไกที่เป็นหัวใจของการเกิดปฏิกิริยานั้น เป็นผลมาจากแรงอันตรกิริยาที่เป็นแรงดูดหรือแรงผลักระหว่างพื้นผิวของตัวเร่งและโมเลกุลของสาร ซึ่งปรากฎการณ์ดังกล่าวนั้นเกิดขึ้นในระดับนาโนเมตรหรือเล็กกว่า การวิเคราะห์วัสดุที่มาตราส่วนดังกล่าวนั้นมีความซับซ้อนและมักมีข้อกำจัดด้านเครื่องมือ หรือในบางกรณีสมบัติที่สำคัญนั้นยังไม่สามารถวัดได้โดยเครื่องมือที่มีอยู่ในปัจจุบัน
เหตุการณ์น้ำมัน 20-50 ตัน รั่วไหลจากท่อใต้ทะเลสู่ทะเลอ่าวไทย บริเวณมาบตาพุด จังหวัดระยอง ในวันที่ 25 ม.ค. 2565