نانو شکلات‌هایی که هیدروژن را ذخیره می‌کنند!

در آلمان محققان ساختاری نانویی ایجاد کردند که شبیه به شکلات سوئیسی بوده و می‌تواند گاز هیدروژن را در خود ذخیره کند. این ساختار از ترکیب نانوذرات پالادیم با نانومواد کربنی ساخته شده است.

کد خبر: ۹۸۸۳۸۳

پنجشنبه - ۱۶ دی ۱۴۰۰ / January 06, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک رویکرد نوآورانه می‌تواند نانوذرات را به مخازن ساده برای ذخیره هیدروژن تبدیل کند. هیدروژن یک گاز بسیار فرار بوده و یک حامل انرژی امیدوارکننده برای آینده در نظر گرفته می‌شود که می‌تواند سوخت‌های سازگار با آب و هوا را برای هواپیماها، کشتی‌ها و کامیون‌ها فراهم کند و همچنین امکان تولید فولاد و سیمان سازگار با آب و هوا را فراهم می‌کند. با این حال، ذخیره هیدروژن پرهزینه است یا گاز باید در مخازن تحت فشار تا ۷۰۰ بار نگهداری شود، یا باید مایع شود، که به معنای خنک کردن آن تا دمای منفی ۲۵۳ درجه سانتیگراد است. هر دو روش انرژی بیشتری مصرف می‌کنند.

تیمی به رهبری آندریاس استیرل از DESY یک روش جایگزین برای این کار ارائه کردند. آن‌ها پیشنهاد ذخیره‌سازی هیدروژن در نانوذرات ساخته شده از فلز پالادیوم که فقط ۱٫۲ نانومتر قطر دارد را مطرح کردند. این واقعیت که پالادیوم می‌تواند مانند یک اسفنج هیدروژن را جذب کند مدتی است که شناخته شده است.

استیرل توضیح می‌دهد: «با این حال، تاکنون، خارج کردن دوباره هیدروژن از این ماده مشکل‌ساز بوده است. به همین دلیل است که ما در حال آزمایش ذرات پالادیوم هستیم که تنها حدود یک نانومتر قطر دارند.»

برای اطمینان از اینکه ذرات ریز به اندازه کافی محکم هستند، آن‌ها توسط یک هسته ساخته شده از فلز گرانبهای کمیاب ایریدیوم تثبیت می‌شوند. علاوه بر این، آن‌ها به یک تکیه گاه گرافنی متصل شده‌اند. استیرل که رئیس آزمایشگاه نانو DESY است، گزارش می‌دهد: «ما می‌توانیم ذرات پالادیوم را در فواصل دو و نیم نانومتری به گرافن بچسبانیم. این کار منجر به یک ساختار منظم و دوره‌ای می‌شود.»

این تیم که شامل محققانی از دانشگاه‌های کلن و هامبورگ نیز می‌شود، یافته‌های خود را در مجله ACS Nano انجمن شیمی آمریکا (ACS) منتشر کرد.

از منبع اشعه ایکس PETRA III DESY برای مشاهده اتفاقاتی که در تماس ذرات پالادیوم با هیدروژن روی می‌دهد، استفاده شد. هیدروژن به سطوح نانوذرات می‌چسبد و تقریباً هیچ یک از آن‌ها به داخل نفوذ نمی‌کند.

این نانوذرات را می‌توان شبیه شکلات مغزدار تصور کرد، به این شکل که مغز شکلات یعنی ایریدیوم در مرکز قرار دارد و لایه‌ای از پالادیوم (مثل شکلات) روی آن را پوشانده است و از بیرون هیدروژن به این ساختار شکلاتی متصل می‌شود. تنها چیزی که برای بازیابی هیدروژن ذخیره شده لازم است این است که مقدار کمی گرما اضافه شود. هیدروژن به سرعت از سطح ذرات آزاد می‌شود، زیرا مولکول‌های گاز مجبور نیستند خود را از ساختار شکلات بیرون بکشند.

استریل می‌گوید: «در قدم بعد، می‌خواهیم دریابیم که با استفاده از این روش جدید چه تراکم‌های ذخیره‌سازی را می‌توان به دست آورد. با این حال، برخی از چالش‌ها هنوز باید قبل از اقدام به کاربرد‌های عملی رفع شوند. به‌عنوان مثال، اشکال دیگر ساختار‌های کربنی ممکن است حامل مناسب تری نسبت به گرافن باشند. کارشناسان در حال بررسی استفاده از اسفنج‌های کربنی حاوی منافذ ریز هستند. مقادیر قابل توجهی از نانوذرات پالادیوم باید در داخل این ذرات قرار گیرد.»

DESY یکی از پیشروترین مراکز شتاب‌دهنده ذرات در جهان است و ساختار و عملکرد ماده، از تعامل ذرات بنیادی کوچک و رفتار نانومواد جدید و زیست مولکول‌های حیاتی گرفته تا اسرار بزرگ جهان را بررسی می‌کند.