شناسایی الکتروکاتالیزوری قدرتمند به عنوان جایگزین پلاتین در واکنش شکافتگی آب

به گزارش سینا از مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری، جستجوی کاتالیزور دومنظوره‏ کارآمد برای شکافتگی آب و  طراحی محاسباتی حلال اتکتیک عمیق برای «کاربرد‌های جداسازی» عنوان طرحی است که نسیمه لاری دشتی در قالب رساله‏ دکتری با راهنمایی دکتر افشان مهاجری و حمایت بنیاد ملی علم ایران به پایان رسانده است.

لاری دشتی، دانش آموخته دکتری تخصصی شیمی فیزیک از دانشگاه شیراز درباره‏ این طرح توضیح داد: یکی از چالش‌برانگیزترین موضوعات درسال‌‏‌های اخیر، ایجاد و ذخیره‏‌سازی انرژی پاک و پایدار و همچنین دستیابی به پیشرفت‏‌ها و فناوری‏‌هایی برای بهره‌برداری از این منابع است.  ایجاد انرژی فراوان، عامل اصلی و کلیدی برای تحولات دردنیای مدرن است. تولید انرژی از احتراق سوخت‏‌های فسیلی علاوه برکاهش منابع، منجر به آلودگی محیط زیست و عامل فشار‌های بیشتر بر تغییرات آب‌وهوا، به‌ویژه با افزایش جمعیت جهانی خواهد بود.

وی ادامه داد: امروزه کاهش سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر و اثرات مخرب استفاده از آن‌ها بر محیط زیست، به تحقیقات بسیاری در زمینه‏ فناوری‌های نوآورانه منجر شده است. بر این اساس و در این زمینه، رویکرد جذاب تولید گاز هیدروژن از آب به روش الکتروکاتالیزوری بخش اصلی و عمده‌ای از این تحقیقات و فن‏اوری‏‌ها را شامل می‌شود که توجه زیادی را به‌خود جلب کرده است.

لاری دشتی افزود: از آنجایی که در بیشتر موارد فلزات گران‌قیمتی مانند پلاتین به عنوان کاتالیزور‌های عالی و مناسب برای شکافتگی آب در نظر گرفته می‌‏شود. در بخش اول این پژوهش، به صورت نظری به دنبال یافتن الکتروکاتالیزوری قدرتمند، ارزان‌ قیمت و فعال بودیم که جایگزینی مناسب برای پلاتین باشد تا بتوانیم یک روش‌ امیدوارکننده برای حل مشکلات انرژی و زیست‌محیطی ارائه دهیم.

این پژوهشگر در ادامه بیان کرد: استفاده از الکتروکاتالیزور‌های تک اتمی با فلزاتی با درصد فراوانی بالا مانند مس و آهن در این بخش از پژوهش، منجر به معرفی الکتروکاتالیزور‌های بادوام و فعال شد.

وی تصریح کرد: هدف اصلی در بخش دوم این تحقیق، طراحی حلال‌های سبز و مقرون‌به‌صرفه‌ای بود که قابلیت جایگزینی با ترکیبات آلی فرار را داشته باشند. با بررسی ترکیبات متنوعی از حلال‏‌ها می‌توان به این مهم دست یافت.

لاری دشتی اضافه کرد: از آنجا که حلال جزء اصلی در یک فرآیند شیمیایی است، سبز یا بی‏‌خطر بودن یک فرآیند شیمیایی اغلب به خاصیت حلال بستگی دارد. از این لحاظ در شیمی و مهندسی شیمی حلال‌های آلی سنتی معمولاً پرهزینه‌ترین حلال‏‌ها و تهدیدکننده‏ محیط زیست به حساب می‌‏آیند. در دمای بالاتر از نقطه جوش، واکنش باید در راکتور‌های مهروموم‌‌ شده تحت فشار بالا انجام شود که برای تولید مداوم خطرناک و سخت است؛ بنابراین، ساختن حلال‌هایی که طبیعت آن‌ها سبز و مقرون‌ به‌ صرفه باشد، اهمیت زیادی دارد.

وی تأکید کرد: همان‌طور که می‌دانید هر روز به بحران‌های انرژی و آلودگی محیط‏ زیست ناشی از اتکای زیاد به سوخت‌‏‌های فسیلی افزوده می‌شود. بنابراین، لازم و ضروری است که ایجاد و استفاده از انرژی پاک و پایدار بیش از پیش در اولویت قرارگیرد. به همین منظور، توسعه‏ الکتروکاتالیزور‌های واکنش تکامل اکسیژن و هیدروژن حاوی عناصر فراوان و ارزان‌قیمت به‌جای استفاده گسترده از سلول‌های سوختی توصیه می‌شود.

لاری دشتی خاطر نشان کرد: نتایج این تحقیق، می‌‏‌تواند در دست‏یابی به روش‌های کارآمدتر برای ذخیره‌سازی انرژی و طراحی حلال‏‌های بی‌‏خطر برای مصارف صنعتی به کار گرفته شود.

وی در خصوص چالش‏‌های پیش ‏روی این پژوهش گفت: تعداد ناکافی سیستم‏‌های محاسباتی، سنگین و زمان‌بر بودن محاسبات، شیوع بیماری کرونا و عدم دسترسی به سیستم‏‌ها از راه دور از چالش‌های موجود بود. همچنین، عدم دسترسی کافی به منابع و رفرنس‌‏‌های بروز منتشرشده، عدم وجود پایگاه داده جامع‌ از حلال‌های اتکتیک عمیق از سایر مواردی بود که پیشرفت تحقیق را با چالش‏‌های عمده‌ای مواجه کرد.