أخبار ar.wedoany.com، رصد فريق بحثي دولي بقيادة جامعة نوتنغهام البريطانية، في الزمن الحقيقي وعلى المستوى الذري، ظاهرة الانفصال العكسي للمعادن في جسيمات نانوية من البلاتين والنيكل، وأثبت أن هذه البنية الديناميكية تتمتع بنشاط تحفيزي عالٍ في عملية إنتاج الهيدروجين عبر التحليل الكهربائي للماء. وقد صنع الفريق جسيمات نانوية تحتوي على بضع عشرات من ذرات البلاتين والنيكل فقط، واكتشف باستخدام المجهر الإلكتروني عالي الدقة أنه عندما ينفصل المعدنان مع الحفاظ على واجهة على المستوى الذري، تزداد كفاءة المحفز في تفاعل تطور الهيدروجين بشكل ملحوظ.

يرى علم الديناميكا الحرارية التقليدي أن الأنظمة السبائكية المخلوطة بشكل متجانس تميل إلى البقاء في حالة متجانسة، تمامًا كما لا يمكن للقهوة والحليب أن ينفصلا تلقائيًا بعد امتزاجهما. لكن هذه الدراسة قلبت التوقعات. قال الدكتور إيمرسون كولراوش، الذي قاد العمل التجريبي في كلية الكيمياء بجامعة نوتنغهام: "في البداية، عندما لاحظنا الجسيمات النانوية من البلاتين والنيكل تحت المجهر الإلكتروني، رأينا نوعي الذرات مخلوطين معًا، كما هو متوقع في السبائك. ومع ذلك، بعد بضع ثوانٍ فقط، بدأ المعدنان ينفصلان أمام أعيننا. كانت هذه ملاحظة مذهلة، لأنها بدت وكأنها تخالف السلوك التقليدي للديناميكا الحرارية."

تنشأ هذه الظاهرة من نقل الحزمة الإلكترونية السريعة جزءًا من طاقتها إلى ذرات العينة، مما يحفز الذرات على إعادة الترتيب داخل الجسيم، ويؤدي إلى انفصال المعادن في مركب البلاتين والنيكل بين الفلزات. وبمجرد انفصال النيكل عن البلاتين، يكتسب ذرات أكسجين من البيئة ليشكل أكسيدًا. قال البروفيسور أندريه خلوبيستوف، أستاذ المواد النانوية في جامعة نوتنغهام: "ينتج عن ذلك جسيمات نانوية مكونة من نصفين – معدن البلاتين وأكسيد النيكل – يفصل بينهما واجهة محددة على المستوى الذري. لقد ابتكرنا جسيمات هجينة جديدة وراقبنا تكوينها في الزمن الحقيقي، وهو أمر لم يسبق له مثيل."

لتتبع موقع كل ذرة بدقة، وفر مشروع SALVE في جامعة أولم الألمانية مجهرًا فريدًا. قالت البروفيسورة أوته كايزر، التي تقود المشروع: "من المهم جدًا تهيئة الظروف التي تسمح بتتبع موقع كل ذرة. لتحقيق ذلك، استخدمنا أنحف مادة ممكنة لدعم الجسيمات النانوية – وهي صفائح الجرافين – وتحكمنا بعناية في طاقة الحزمة الإلكترونية وتدفقها."

والجدير بالذكر أن عملية انفصال المعادن قابلة للعكس والتكرار – حيث يمكن إعادة خلط المعادن لتكوين سبيكة مرة أخرى عند تغيير الظروف. قال الدكتور إيمرسون كولراوش: "لا تتصرف هذه الجسيمات كأجسام صلبة جامدة، بل تتصرف مثل الكائنات الحية التي تستجيب للبيئة. وهذا يحفزنا على استخدام ديناميكياتها في التحفيز."

في التجارب التحفيزية اللاحقة، استكشف الفريق البحثي إنتاج الهيدروجين من جسيمات البلاتين والنيكل عبر التحليل الكهربائي للماء. قال الدكتور جيسوم ألفيس فيرنانديز من كلية الكيمياء بجامعة نوتنغهام: "ما يجعل هذه الجسيمات فعالة للغاية هو التعاون بين المادتين بعد الانفصال. يلعب البلاتين وأكسيد النيكل أدوارًا مختلفة في تحليل الماء، وتقاسم الحدود الذرية بينهما يتيح تعاونًا نهائيًا." يؤدي هذا التأثير التآزري إلى جعل هذه المادة واحدة من أكثر المحفزات فعالية في تحليل الماء.

أُجريت هذه الدراسة بالتعاون بين جامعة نوتنغهام وجامعة برمنغهام ومصدر الضوء الماسي (Diamond Light Source) وجامعة أولم الألمانية، ونُشرت النتائج في مجلة "المواد المتقدمة" (Advanced Materials). بالإضافة إلى إنتاج الهيدروجين، قد يكون لهذه الاكتشافات تأثير كبير على تصميم المحفزات في تحويل الطاقة والتصنيع الكيميائي والعمليات الصناعية المستدامة في المستقبل.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com