تیم پژوهشی دانشگاه مراغه با بهرهگیری از چارچوبهای آلی فلزی متخلخل، نسل جدیدی از نانوکامپوزیتها را برای واکنشهای تولید انرژی توسعه دادهاند. این پیشرفت میتواند گامی مؤثر در جهت کاهش هزینههای تولید هیدروژن و غلبه بر چالش قیمت بالای الکتروکاتالیستها باشد.
به گزارش سیناپرس، یک تیم پژوهشی در دانشگاه مراغه موفق شدند با بهرهگیری از مواد پیشرفته مبتنیبر چارچوبهای آلی فلزی متخلخل، نسل جدیدی از نانوکامپوزیتها را برای استفاده در واکنشهای تولید انرژی توسعه دهند؛ پژوهشی که میتواند مسیر را برای فعلی هموار کند.
به گفته ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در سالهای اخیر، دغدغه دستیابی به انرژی پاک و پایدار بیش از هر زمان دیگری اهمیت یافته است. روشهای متداول تولید انرژی نهتنها هزینهبر هستند، بلکه پیامدهای زیستمحیطی آنها نیز نگرانیهای جدی ایجاد کرده است.
یکی از راهکارهای مهم در این حوزه، استفاده از الکتروکاتالیستهای کارآمد برای فرایندهایی مانند شکافت آب و اکسایش اوره است؛ فرایندهایی که میتوانند منبعی مطمئن و کمهزینه برای تولید هیدروژن و سایر حاملهای انرژی به شمار روند.
توسعه کاتالیستهایی که بتوانند هم بازدهی بالا و هم قیمت مناسب داشته باشند، اکنون به یکی از چالشهای اصلی پژوهشگران تبدیل شده است.
در همین راستا، رضا اباذری، استادیار دانشگاه مراغه و دانشیار حوزه شیمی معدنی، پروژهای پژوهشی را اجرا کرده است که بر سنتز و بررسی نانوکامپوزیتهای پیشرفتهای استوار است که از چارچوبهای آلی فلزی متخلخل (MOF) بهعنوان پایه استفاده میکنند؛ موادی که به دلیل ساختار منظم، سطح ویژه بالا و ویژگیهای قابلتنظیم، به یکی از گزینههای جذاب در طراحی کاتالیستهای مدرن تبدیل شدهاند.
اباذری درباره روند پژوهش توضیح میدهد که در گام نخست، تیم تحقیقاتی او اقدام به سنتز مجموعهای از نانوکامپوزیتها کرد که بتوانند عملکرد مناسبی بهعنوان مواد الکترودی داشته باشند.
این مواد برای استفاده در الکتروکاتالیستهای مربوط به واکنش شکافت آب و همچنین واکنش الکتروشیمیایی اوره طراحی شدهاند. به گفته او، انتخاب چارچوبهای آلی فلزی متخلخل به دلیل قابلیت بالای آنها در ایجاد ساختارهای ترکیبی با خواص الکترونی و شیمیایی بهینه بوده است.
پس از طی مرحله سنتز، مواد تولیدشده تحت مجموعهای از آزمونها و روشهای شناسایی قرار گرفتند تا ساختار، ویژگیها و رفتار الکتروشیمیایی آنها ارزیابی شود.
نتایج اولیه نشان داده است که این نانوکامپوزیتها میتوانند نقش امیدوارکنندهای در کاهش انرژی لازم برای پیشبرد واکنشها ایفا کنند؛ پارامتری که برای پایین آوردن هزینههای فرآیندهای تولید انرژی اهمیت زیادی دارد.
اباذری میگوید یکی از اهداف مهم این پژوهش مقایسه عملکرد این نانوکامپوزیتها با کاتالیستهای شناختهشده و کارآمد موجود بوده است. بر همین اساس، نتایج تجربی با دادههای منتشرشده از کاتالیستهای رایج مقایسه شده تا مشخص شود که آیا مواد جدید قابلیت رقابت با نمونههای پیشرفته و تجاریشده را دارند یا خیر.
او توضیح میدهد که بسیاری از کاتالیستهای مورد استفاده امروز، مانند پلاتین و روتنیوم، اگرچه عملکرد بسیار خوبی دارند اما به دلیل قیمت بسیار بالا، امکان توسعه گسترده و صنعتی آنها محدود است. به همین دلیل طراحی مواد جایگزین با هزینه کمتر و بازده مناسب، یکی از الویتهای اصلی جامعه پژوهشی در حوزه انرژی محسوب میشود.
این پژوهشگر تأکید میکند که پرسش کلیدی پروژه این بوده که آیا نانوکامپوزیتهای سنتزشده قابلیت تبدیلشدن به یک محصول تجاری و مقرونبهصرفه را دارند یا خیر.
به گفته او، از دیدگاه علمی، نتایج نشان میدهد که این مواد نهتنها توانایی رقابت با الکتروکاتالیستهای گرانقیمت را دارند، بلکه به دلیل ساختار قابلمهندسیشان، امکان ارتقای بیشتر و بهینهسازی عملکرد در آنها وجود دارد.
به نقل از نانو، اباذری در جمعبندی سخنان خود اضافه میکند: «هدف ویژه ما در این پروژه معرفی الکتروکاتالیستهایی است که بتوانند جایگزینی مناسب و قابلاعتماد برای مواد گرانقیمتی مانند پلاتین و روتنیوم باشند. اگر بتوانیم به مواد ارزانتر و در دسترستری دست پیدا کنیم که عملکرد مشابه یا حتی بهتر ارائه دهند، گامی بزرگ در مسیر توسعه انرژی پاک و اقتصادی برداشته خواهد شد.»
این دستاورد پژوهشی نشان میدهد که بهرهگیری از رویکردهای نوین در علم مواد میتواند آینده تولید انرژی را دگرگون کند و راه را برای فناوریهایی بگشاید که هم پایدارند و هم مقرونبهصرفه؛ چشماندازی که امروز بیش از هر زمان دیگری به آن نیاز داریم.