هیدروژن تلاقی می کند، آب می ماند: غشای پالادیوم سنتز آمونیاک را با استفاده از آب امکان پذیر می کند

توسط شورای ملی تحقیقات علم و فناوری

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک تیم تحقیقاتی کره جنوبی یک فرآیند سنتز آمونیاک سازگار با محیط زیست را توسعه داده است که انتشار کربن را با استفاده از غشایی که به طور انتخابی هیدروژن را حمل می کند، کاهش می دهد.

محققان موسسه تحقیقات انرژی کره (KIER) دریافتند که غشای پالادیوم می تواند هیدروژن را از آب منتقل کند و در عین حال مواد دیگر را جدا نگه دارد. آنها پتانسیل غشا را در فرآیند سنتز آمونیاک نشان دادند.

این یافته ها در مجله Advanced Science منتشر شده است.

غشای جداسازی از مخلوط شدن معرف‌ها، محصولات و حلال‌ها در یک سلول الکتروشیمیایی جلوگیری می‌کند و در عین حال به یون‌های مورد نیاز برای واکنش اجازه عبور می‌دهد. غشاهای پلیمری، مانند غشاهای تبادل یونی، عمدتا برای این منظور استفاده می شوند.

غشاهای پلیمری کانال های باریکی دارند که به آب و یون ها اجازه عبور می دهد. اما مولکول های ناخواسته نیز می توانند از آن عبور کنند، مشکلی که به عنوان متقاطع شناخته می شود. متقاطع می تواند عملکرد و پایداری دستگاه های الکتروشیمیایی را به خطر بیندازد. با غشاهای معمولی، کاهش متقاطع اغلب انتقال یون را کند می‌کند و بین این دو مبادله ایجاد می‌کند.

تیم KIER این مشکل را با جایگزینی یک غشای پلیمری معمولی با یک غشای پالادیوم متراکم برطرف کرد. به طور انتخابی اتم های هیدروژن را جذب و حمل می کند و در عین حال از عبور سایر گونه های شیمیایی جلوگیری می کند.

هنگامی که میدان الکتریکی اعمال می شود، یون های هیدروژن در یک طرف غشای پالادیوم به اتم های هیدروژن تبدیل می شوند. اتم ها از طریق فلز به طرف دیگر پخش می شوند، جایی که دوباره به یون هیدروژن تبدیل شده و در محلول آزاد می شوند. غشاء حلال ها، معرف ها و محصولات را در دو طرف جدا نگه می دارد.

تیم KIER این فناوری را برای سنتز آمونیاک الکتروشیمیایی با همکاری تیمی به سرپرستی پروفسور یون جونگ هوانگ در دانشگاه ملی سئول به کار برد. این فرآیند یون های هیدروژن را که یک ماده اولیه اصلی است، به جای سوخت های فسیلی از آب می گیرد. انرژی آن از انرژی های تجدید پذیر تامین می شود و انتشار کربن را به حداقل می رساند.

سنتز الکتروشیمیایی آمونیاک به یون هیدروژن نیاز دارد، اما نه آب، تا وارد محفظه حلال آلی شود که در آن سنتز انجام می شود. حتی مقادیر کمی از آب می تواند راندمان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. محققان بدون راهی برای انتقال یون های هیدروژن در حالی که آب را حذف می کنند، عمدتا از گاز هیدروژن به جای آب به عنوان ماده اولیه استفاده کرده اند.

با استفاده از غشای پالادیوم، تیم KIER یک فرآیند سنتز آمونیاک الکتروشیمیایی را اجرا کرد که از آب به‌جای گاز هیدروژن مستقیما استفاده می‌کند. این تیم می‌گوید این اولین کاری است که این کار را در کره انجام می‌دهد و مسیر جدیدی را برای تحقیقات در این زمینه ارائه می‌دهد.

دکتر جائه هیونگ کیم، که این پروژه را رهبری کرد، گفت: "این دستاورد از این جهت قابل توجه است که مکانیسم جدید حمل و نقل یونی پیشنهادی ما راه حل موثری برای مسئله متقاطع ارائه می دهد، که مانع اصلی برای اجرای سنتز آمونیاک سبز از طریق دستگاه های الکتروشیمیایی است."

کیم افزود: «فناوری توسعه‌یافته همچنین دارای پتانسیل بالایی برای کاربردهای گسترده‌تر در دستگاه‌های مختلف الکتروشیمیایی است که نیاز به جداسازی جرمی سخت‌تر از سنتز آمونیاک دارند.»

Jiyeon Baek و همکاران، غشاء پالادیوم دوقطبی، انتقال پروتون انتخابی بدون متقاطع را قادر می‌سازد، علم پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/advs.76415

ارائه شده توسط شورای ملی تحقیقات علم و فناوری

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →