ساختار‌های نانویی محققان به تولید هیدروژن منجر شد

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، شیمیدان نینگ‌یان و تیم او در موسسه علوم مولکولی دانشگاه آمستردام و همکارانش از دانشکده فیزیک و فناوری دانشگاه ووهان چین در مقاله‌ای توضیح می‌دهند که کاتالیز فسفیدکبالت شبه طبیعی برای الکترولیز آب بسیار موثر است. آن‌ها بیان می‌کنند که چگونه روش‌های رسوب الکتروشیمیایی نسبتا ساده به عملکرد نانوساختار‌های برگ مانند برای تولید هیدروژن می‌پردازند.

از دیرباز روش‌های مختلفی مانند چاپ سنگی برای تولید نانوساختار‌ها مورد استفاده بوده است. این روش برای ساختار‌های نیمه هادی کاملا مناسب است، اما برای کاربرد‌های اختصاصی وقتگیر بوده و مقرون به صرفه نیست. به عنوان یک جایگزین، نینگ‌یان و همکارانش یک روش مناسب از رسوب الکتروشیمیایی کبالت هیدروکسید را کشف کردند. در همکاری با محققان دانشکده فیزیک و فناوری دانشگاه ووهان، آن‌ها توانستند نانوساختار‌های مختلفی که شبیه به موارد مختلف باغچه مانند خاک، جوانه، گل و برگ هستند را طراحی و تهیه کنند.

علاوه بر این، آن‌ها با یک روش ساده فسفیداسیون توانستند نانوساختار‌ها را از نظر کاتالیستی فعال کنند. نانوساختار‌های فسفیدکبالت حاصل، فعالیت کاتالیزوری دوتایی را در تقسیم الکترولیتی آب نشان داده و واکنش‌های تولید هیدروژن و اکسیژن را افزایش می‌دهند.

این گروه تحقیقاتی نانوباغچه خود را روی یک لباس حاوی الیاف کربن به قطر حدود ۱۰ میکرومتر، یک ماده الکترودی در سلول سوختی و الکترولیز‌ها پرورش دادند. باغداری با ته‌نشین کردن یک لایه خاک از طریق محصور کردن الیاف با یک لایه متراکم از هیدروکسید کبالت بطور هیدروترمال آغاز شد. این لایه باعث افزایش پایداری نانوساختار‌ها می‌شود. با تغییر در غلظت یون‌ها و دما، آن‌ها شبیه به گیاهان جوانه زده و در خاک ریشه می‌دوانند.

این گیاهان طولی به میانگین ۱.۵ میلیمتر و ضخامت ۱۰۰ نانومتر دارند. محققان به منظور افزودن شکوفه‌ها و برگ‌ها به گیاهان از روش رسوب الکترولیتیکی استفاده کردند. بعد از تبدیل نانوساختار‌های هیدروکسیدکبالت به فسفیدکبالت با عمل فسفیداسیون، محققان عملکرد کاتالیزی آن‌ها را نیز در یک شرایط مناسب اقتصادی ارزیابی کردند. از این آزمایش مشخص شد که عملکرد کاتالیزور در یک محیط اسیدی بهترین و مناسب‌ترین شرایط را برای تولید هیدروژن دارد.

سرانجام در آزمایش‌های الکترولیز آب، محققان نشان دادند که نانوباغچه آن‌ها نه تنها تولید هیدروژن را کاتالیز می‌کند بلکه منجر به تولید اکسیژن نیز می‌شود. این فعالیت زیستی با استفاده از یک ساختار دو الکترودی متقارن با نانوباغچه‌های قابل شناسایی در آند و کاتد، نشان داده شده است. این گروه در برنامه‌های بعدی خود قصد دارد تا از الکترون‌ها برای کنترل رشد نانوکریستال‌ها در سنتز مواد الکتریکی استفاده کنند.