فريق من أستراليا واليابان والولايات المتحدة يطور محفزًا من 15 ذرة إيريديوم، يعزز النشاط الكتلي لإنتاج الهيدروجين الأخضر بمقدار 1.5 مرة

أخبار ar.wedoany.com، تمكن باحثون من جامعة أديلايد (University of Adelaide) بالتعاون مع جامعة توهوكو (Tohoku University) وجامعة طوكيو للعلوم (Tokyo University of Science) وجامعة فاندربيلت (Vanderbilt University) من تطوير محفز مجهري يتكون من 15 ذرة إيريديوم فقط، يتمتع بنشاط كتلي يزيد بمقدار 1.5 مرة عن المحفزات التجارية القائمة على الإيريديوم، ويظهر متانة فائقة، مما قد يسهم في تحسين إنتاج الهيدروجين الأخضر.

يُنتج الهيدروجين الأخضر عن طريق تحليل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء المتجددة. يحدث تفاعل تطور الأكسجين (OER) في هذه العملية ضمن بيئة شديدة الحموضة والتآكل، ويُعد الإيريديوم أحد المواد المحفزة القليلة القادرة على تحمل هذه الظروف. إلا أن تكلفته العالية ومحدودية موارده تدفع الباحثين إلى محاولة تقليل استخدام هذا المعدن النادر مع تعظيم نشاطه التفاعلي.

يُعد تصنيع العناقيد النانوية المعدنية الدقيقة ذريًا أحد السبل لتقليل كمية الإيريديوم المستخدمة. يؤدي تصغير الجسيمات المعدنية إلى عناقيد بحجم نانومتر واحد (1 نانومتر) إلى زيادة المساحة السطحية ومواقع النشاط، لكن الإيريديوم يتأكسد بسهولة عند تعرضه للهواء، مما يجعله غير مستقر. ولمعالجة هذه المشكلة، صمم فريق البحث طريقة اختزال متعددة الكحول باستخدام الإيثيلين جلايكول، إلى جانب عملية تبادل الروابط لحماية ذرات الإيريديوم.

قام الباحثون بتغليف نواة ذرات الإيريديوم باستخدام جزيئات أول أكسيد الكربون وثلاثي فينيل الفوسفين، مما أسفر عن الحصول على عنقود نانوي من الإيريديوم مكون من 15 ذرة. حافظت هذه العناقيد على استقرار عالٍ ومقاومة للأكسدة حتى عند تصنيعها في بيئة مفتوحة تمامًا. بعد ذلك، قام الباحثون بتثبيت هذه العناقيد النانوية على حامل من أسود الكربون، لإنتاج محفز صلب بمتوسط حجم جسيمات يبلغ 0.9 نانومتر.

أظهرت نتائج الاختبارات أن النشاط الكتلي لهذه المادة الجديدة يبلغ حوالي 1.5 ضعف نشاط المحفزات التجارية التقليدية القائمة على الإيريديوم، مع قدرتها على العمل المستمر لأكثر من 20 ساعة دون انخفاض ملحوظ في الأداء. وأظهر التحليل الإضافي أن التصغير الفائق لجسيمات الإيريديوم غيّر خصائصها الإلكترونية، مما جعل التفاعلات الكيميائية تحدث بكفاءة أعلى.

أشار ممثل جامعة توهوكو (Tohoku University)، يوييتشي نيجيشي (Yuichi Negishi)، إلى أن هذا الاكتشاف قد يسهم في تحسين إنتاج الهيدروجين الأخضر، ويفتح آفاقًا جديدة لتطوير عناقيد نانوية معدنية عالية الأداء وفعالة من حيث التكلفة لمواجهة التحديات العالمية الملحة في مجالي الطاقة والبيئة. وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية (Journal of the American Chemical Society).

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