نانوذرات مکعبی کاتالیست‌های بهتری نسبت به نانوذرات کروی هستند

محققان نشان دادند که برای تولید هیدروژن سبز، نانوذرات مکعبی اکسیدکبالت عملکرد بهتری نسبت به نمونه‌های کروی دارند.

کد خبر: ۱۰۵۵۴۸۵

سه‌شنبه - ۲۷ دی ۱۴۰۱ / January 17, 2023

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان نشان دادند که برای تولید هیدروژن سبز، نانوذرات مکعبی اکسیدکبالت عملکرد بهتری نسبت به نمونه‌های کروی دارند.

تا به امروز، نانوذرات به‌عنوان کاتالیزور هیدروژن سبز با محدودیت‌هایی مواجه بوده است، برای مثال محققان فقط می‌توانند عملکرد متوسط این نانوذرات را اندازه‌گیری کنند، اما نمی‌توانند تعیین کنند که کدام کاتالیست بهترین است.

این امر پس از توسعه یک روش جدید توسط گروهی به سرپرستی کریستینا تچولیک، رئیس دپارتمان الکتروشیمی و نانومواد در دانشگاه روهر بوچوم، آلمان تغییر کرده است. وی با همکاری محققان دانشگاه دویزبورگ-فیزن، با موفقیت ثابت کرد که نانوذرات اکسید کبالت به شکل مکعب کارآمدتر از نانوذرات به شکل کروی هستند. این نتایج راه را برای طراحی سیستماتیک کاتالیزور‌های مقرون به صرفه و کارآمد برای هیدروژن سبز هموار می‌کند.

جهان باید برای مقابله با تغییرات آب و هوایی، انتشار CO ۲ را کاهش دهد. برای این منظور، هیدروژن به‌عنوان سوخت، امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، که از منابع نفت و گاز طبیعی به دست می‌آید. در حال حاضر تلاش می‌شود تا آن را با هیدروژن سبز جایگزین کنند، که از منابع تجدیدپذیر حاصل می‌شود. هیدروژن سبز را می‌توان با الکترولیز تولید کرد، فرایندی که از برق برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کند. با این حال، برای ارائه الکترولیز یک رویکرد رقابتی، هنوز هم باید چالش‌های مختلفی را برطرف کرد.

در حال حاضر، فرآیند تقسیم آب فقط تا حد محدودی کارآمد است و کاتالیزور‌های قدرتمند، بادوام و مقرون به صرفه برای آن وجود ندارد. کریستینا تچولیک می‌گوید: «در حال حاضر، فعال‌ترین الکتروکاتالیست‌ها بر اساس فلزات نادر و گران‌قیمت ایریدیم، روتنیوم و پلاتین است؛ بنابراین وظیفه ما این است که الکتروکاتالیست‌های جدید و بسیار فعال را که عاری از فلزات گران‌بها هستند، توسعه دهیم.»

گروه تحقیقاتی وی کاتالیزور‌هایی را در قالب نانوذرات اکسید فلزی پایه که یک میلیون برابر کوچکتر از مو‌های انسان است، مطالعه می‌کند. آن‌ها در مقیاس صنعتی تولید می‌شوند، از نظر شکل، اندازه و ترکیب شیمیایی متفاوت هستند.

کریستینا تچولیک تشریح می‌کند: «ما از اندازه‌گیری‌ها برای بررسی ساختار کاتالیزور استفاده می‌کنیم، که در آن میلیارد‌ها ذره با اتصال‌دهنده‌ها و مواد افزودنی مخلوط می‌شوند. این روش فقط به محققان اجازه می‌دهد تا عملکرد متوسط آن‌ها را اندازه‌گیری کنند، اما فعالیت ذرات به صورت منفرد قابل اندازه‌گیری نیست این همان چیزی است که واقعاً مهم است.»

هاتم امین در دانشگاه روهر بوچوم می‌گوید: «اگر بدانیم که کدام شکل ذرات یا وجه کریستالی فعال‌ترین بخش است، می‌توانیم به‌طور خاص ذرات را با آن شکل دقیق تولید کنیم.»

این گروه تحقیقاتی روشی را برای تجزیه و تحلیل ذرات منفرد به‌طور مستقیم در محلول ایجاد کرده است. این امر آن‌ها را قادر می‌سازد تا فعالیت نانومواد مختلف را با یکدیگر مقایسه کنند تا تأثیر خاصیت ذرات مانند شکل و ترکیب آن‌ها بر تقسیم آب را درک کنند. نتایج نشان می‌دهد که ذرات اکسید کبالت به شکل مکعب‌های جداگانه فعال‌تر از کره‌ها هستند.»