مطالب پایگاه
افراد
هیئت علمی
| تاریخ ارسال: 2024/04/9 |
تمکن باحثون من جامعة أمیرکبیر التقنیة، فی إطار أطروحة دکتوراه، من تقدیم حلاً جدیداً لإنتاج أطر فلزیة-عضویة کمحفزات کهربائیة لإنتاج الهیدروجین.
وفقًا لبیانات العلاقات العامة فی جامعة أمیرکبیر، قال حامد شوشتری، أحد الباحثین فی هذا المشروع، إن هذه الدراسات تم تنفیذها فی إطار أطروحة دکتوراه بعنوان "تخلیق نانوهیاکل نیکل-أنتیمون معدلة بأطر فلزیة-عضویة کمحفز کهروکیمیائی لإنتاج الهیدروجین". وأضاف: "زیادة الطلب على الطاقة، وانخفاض استخدام الوقود الأحفوری وتلوث البیئة نتیجة للاعتماد المتزاید على الوقود الأحفوری أدت إلى توجه أکبر نحو استخدام الطاقة المتجددة. مناقشة الطاقة المتجددة موضوع مرتفع الاهتمام منذ سنوات فی العالم وإیران، لکن حصة إیران من استخدام هذه الطاقة المتجددة متدنیة للغایة، على الرغم من أن القدرة الفعلیة لإیران على إنتاج الطاقة المتجددة بسبب بنیتها التحتیة وموقعها الجغرافی عالیة للغایة."
وأوضح: "مؤخرًا، تم وضع طاقة الهیدروجین فی صلب الاهتمام بسبب مزایاها مثل القدرة العالیة على التخزین، والتوافر، والتوافق مع البیئة؛ لأن وقود الهیدروجین یوفر فرصة لتولید طاقة قابلة للاستخدام بشکل کبیر من خلال استخدام مواد أولیة متنوعة."
وشدد على أن تحلیل المیاه الکهربائی هو أکثر الطرق فعالیة لإنتاج الهیدروجین، وذکر: "یعتبر عملیة تحلیل المیاه الکهربائیة الطریقة الأکثر اتساقًا ونظافة لإنتاج الهیدروجین من الناحیة البیئیة. تتم هذه العملیة، والتی هی عملیة تحویل للطاقة الکهربائیة إلى طاقة کیمیائیة، من خلال محفزات کهربائیة."
وأشار إلى أنه بدون محفزات کهربائیة، لا تحدث ردود فعل فعالة فی عملیة تحلیل المیاه الکهربائیة، وأوضح: "عادةً ما یتم استخدام مواد مبنیة على البلاتین أو الإیریدیوم أو الروثنیوم کمحفزات کهربائیة فی إنتاج الهیدروجین، ولکن الأسعار المرتفعة والموارد المحدودة تحول دون استخدامها بشکل واسع. لذلک، من الضروری تطویر مواد جدیدة کمحفزات کهربائیة."
وأضاف: "الهدف الرئیسی لهذه البحوث هو الوصول إلى المعرفة التقنیة لإنتاج محفزات کهربائیة ذات کفاءة وطول عمر عالیین باستخدام طریقة ترکیب بسیطة ومیسورة التکلفة ومواد ذات تکلفة منخفضة ومتوفرة."
وأکد أنه فی هذا المشروع البحثی، تم استخدام أطر فلزیة-عضویة (MOFs) لإنشاء هیکل متفاوت یحتوی على مواقع مشترکة متصلة بنانوهیاکل نیکل-أنتیمون. وأشار إلى أن أطر فلزیة-عضویة تُستخدم کفئة محفزات بسبب خصائصها المتمیزة مثل الترکیب المسامی، والمساحة السطحیة النشطة للکیمیاء الکهربائیة، وسهولة الجمع بینها وبین مواد أخرى مباشرة أو کمادة ما قبلیة لبناء محفزات کهربائیة.
وأوضح أن اختیار الإطار الفلزی-عضوی المناسب لتطبیق معین یعتبر تحدیاً أساسیاً فی هذه البحوث، وقال: "فی هذه البحوث، استخدمنا أطر فلزیة مبنیة على النیکل والکوبالت، ونجحنا فی تحضیر محفز ثنائی الوظیفة (کمانود وکاثود) بفعالیة کهروکیمیائیة عالیة واستقرار طویل الأمد فی بیئة قاعدیة."
وأشار إلى أنه فی معظم الدراسات السابقة، تم استخدام طرق البیرولیز عند درجات حرارة عالیة أو الهیدروثیرمال التی تتطلب درجات حرارة وضغوطًا وأوقاتًا طویلة لتحضیر أطر فلزیة-عضویة. کما أن العدید من طرق تحضیر المحفزات تؤدی إلى الحصول على مواد بشکل مسحوقی، مما یتطلب إجراءات إضافیة لتثبیتها على سطح الکاثود، والتی غالبًا ما تتضمن استخدام المواد اللاصقة البولیمریة والمواد المضافة.
وأضاف: "هذا یؤدی إلى تقلیل المساحة الفعالة للسطح وبالتالی تقلیل نشاط واستقرار المحفز الکهربائی. لهذا السبب، یمکن أن یکون استخدام طریقة رصد الطلاء الکهربائی کطریقة مباشرة وذات مرحلة واحدة فعالًا."
وأکد أنهم، باستخدام طریقة رصد الطلاء الکهربائی، سعوا إلى تحقیق أربعة أهداف رئیسیة تشمل: وضع تغطیة على سطح القاعدة دون استخدام المواد اللاصقة البولیمریة (الاستغناء عن المادة اللاصقة یمنع تغییر طبیعة الکاثود الکهروکیمیائیة الفعالة). تحکم ممتاز فی الترکیب الکیمیائی (تم تحقیق توزیع وتجانس ممتاز لمراکز الفلزین فی الإطار). توفیر الوقت ودرجات الحرارة فی التحضیر (انخفضت فترة التحضیر من ٢٤ ساعة إلى ١٥ دقیقة ودرجة الحرارة من درجات الحرارة العالیة أعلى من ١٢٠ درجة مئویة إلى درجة حرارة الغرفة). تخفیض التکالیف (بسبب عدم الحاجة إلى معدات إضافیة، تم تقلیل تکلفة التحضیر بشکل کبیر).
وأوضح أنه حتى الآن، لم یتم الإبلاغ عن تحضیر إطار فلزی-عضوی بنی على نیکل وکوبالت على شکل طبقة رقیقة بتکلفة معقولة واستقرار ممتاز بواسطة طریقة رصد الطلاء الکهربائی، وأشار إلى أن نتائج هذا المشروع البحثی یمکن أن تکون مفیدة للغایة للباحثین والصناعیین النشطین فی مجال إنتاج المحفزات.