دانشمندان به تازگی راه جدیدی برای ساخت هیدروژن از آب پیدا کرده اند

محققان دانشگاه ایالتی اورگان کلاس جدیدی از مواد ایجاد کرده‌اند که می‌توانند از نور برای تولید هیدروژن از آب استفاده کنند و راه بالقوه پاک‌تری برای تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت ارائه دهند.

این کار توسط Kyriakos Stylianou از کالج علوم OSU رهبری شد. تیم او فوتوکاتالیستی را توسعه داد که قادر به تولید سریع و کارآمد هیدروژن است. هیدروژن به طور گسترده ای در سلول های سوختی وسایل نقلیه و همچنین در تولید آمونیاک، پالایش فلزات و تولید پلاستیک استفاده می شود.

استیلیانو گفت کاتالیزور ماده ای است که یک واکنش شیمیایی را بدون تغییر دائمی در فرآیند تسریع می کند. یک فوتوکاتالیست به روشی مشابه کار می کند اما توسط نور فعال می شود. پس از جذب نور، ماده به حالت انرژی بالاتری می رسد و می تواند از آن انرژی برای انجام واکنش های شیمیایی با سرعت بیشتری استفاده کند.

استیلیانو گفت این یافته ها که در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است، می تواند ابزار دیگری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و رسیدگی به تغییرات آب و هوا در اختیار محققان قرار دهد.

تحقیقات او بر روی چارچوب های آلی فلزی یا MOF ها متمرکز است که مواد متخلخل و کریستالی با ساختارهایی هستند که می توانند به دقت سفارشی شوند.

MOF ها از یون های فلزی با بار مثبت ساخته شده اند که توسط مولکول های آلی "پیوند دهنده" احاطه شده اند. منافذ ریز و ساختارهای قابل تنظیم آنها به دانشمندان اجازه می دهد تا خواص آنها را برای کاربردهای مختلف تنظیم کنند.

استیلیانو گفت که میلیون ها ساختار مختلف MOF از نظر تئوری امکان پذیر است. محققان شیمی تاکنون نزدیک به 100000 مورد از آنها را سنتز کرده اند، در حالی که خواص تقریبا نیم میلیون دیگر پیش بینی شده است.

برای این مطالعه، محققان بر روی یک MOF به نام BVR-19 تمرکز کردند. این ماده حاوی یک پیوند غیرمعمول سولفید به سولفید است که هنگام قرار گرفتن در معرض نور به طور موقت می شکند و گونه های گوگرد بسیار واکنش پذیر تولید می کند.

استیلیانو گفت: "جزء ارگانیک کار مهمی را انجام می دهد." ماده ما به جای تکیه بر اتم‌های فلز، از بلوک‌های ساختمانی آلی حاوی گوگرد خود برای جذب انرژی نور و حرکت الکترون‌ها به جایی که برای تولید هیدروژن لازم است استفاده می‌کند.

استیلیانو اضافه کرد که این رویکرد به این معنی است که BVR-19 به یک کاتالیزور فلزی گران قیمت اضافی نیاز ندارد. این می‌تواند سیستم‌های تولید هیدروژن مبتنی بر نور آینده را برای طراحی ساده‌تر کند.

این ماده یک مزیت بالقوه دیگر نیز دارد. BVR-19 به طور خود به خود در محلول های آبی در دمای اتاق تشکیل می شود که مقدار انرژی مورد نیاز برای ساخت آن را کاهش می دهد.

جایگزینی تمیزتر برای هیدروژن معمولی

تولید هیدروژن با تقسیم آب با یک کاتالیزور می تواند تمیزتر از روش صنعتی غالب باشد که بر گاز طبیعی متکی است.

این فرآیند مرسوم که به عنوان رفرمینگ متان-بخار شناخته می‌شود، در حین تولید هیدروژن، دی اکسید کربن آزاد می‌کند.

روش‌های موجود برای ساخت هیدروژن از آب اغلب به الکتروکاتالیزور متکی هستند که از الکتریسیته برای هدایت واکنش کاتالیزوری استفاده می‌کند. مزایای زیست محیطی این رویکرد به شدت به این بستگی دارد که برق از کجا می آید. برای پایدار ماندن و رقابتی ماندن از نظر اقتصادی، نیرو باید از منابع تجدیدپذیر کم هزینه تامین شود.

Stylianou، مدیر آزمایشگاه کشف مواد OSU، معروف به MaD Lab، گفت: "کار ما طرحی برای طراحی مواد بهتری ارائه می دهد که می تواند هزینه هیدروژن سبز را کاهش دهد." "با تغییر فلز و در عین حال حفظ بقیه مواد اساسا یکسان، متوجه شدیم که چرا برخی از نسخه های MOF بسیار بهتر از سایرین کار می کنند. این یافته ها قوانین طراحی جدیدی را برای ایجاد مواد موثرتر برای تولید سوخت خورشیدی ارائه می دهند."

اعضای آزمایشگاه MaD، امانوئل موسا، دیلن پیل، ژاکوب لسارد، آندرژ گلادیسیاک، آنکیت یاداو، سیلاس بلسد و پرایاش موهانتی توسط لوگان لنکستر، تیلور کروگر، مین سو جونگ، گالن فریتز، ویلیام‌گلیانگ اکسل، ویلیام‌گلیانگ‌س، ویلیام‌کلیانگ اسلید از ایالت اورگان به این تحقیق پیوستند. "دیوید" جی، چونگ فانگ و تیم زولهلسدورف.

مؤسسه خیریه مرداک، بنیاد ملی علوم و کالج علوم OSU از این مطالعه حمایت کردند.

مواد ارائه شده توسط دانشگاه ایالتی اورگان. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

این "توپ اتمی" می تواند نظریه گرانش انیشتین را به چالش بکشد

یک سیگنال مغزی شگفت انگیز می تواند توضیح دهد که چرا خوردن پروتئین کمتر باعث افزایش طول عمر می شود

دانشمندان از هم پاشیدگی قمرها را شبیه سازی کردند - و چیزی غیرمنتظره پیدا کردند

DNA سرکش سرطان دارای پاشنه آشیل است - و دانشمندان به تازگی آن را پیدا کردند