ساخت کاتالیزوری با فناوری نانو برای شکستن مولکول های آب

به گزار خبرگزاری مهر به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، پلاتین فلز گرانبهایی است که در کاتالیزورهای تجزیه کننده آب استفاده می‌شود، به تازگی یک گروه تحقیقاتی از نانوذرات اکسیدآهن و نیکل برای ساخت این نوع کاتالیزورها استفاده کردند و نتایج جالب توجهی به‌دست آوردند.

پژوهشگران استرالیایی کاتالیزوری برای شکستن مولکول‌های آب ساختند که با هزینه بسیار کمتری در مقایسه با پلاتین می‌تواند این فرآیند را انجام دهد. این گروه تحقیقاتی نانوذراتی با دو سر ساختند که در آن از نیکل و اکسید آهن استفاده شده است و به دلیل داشتن چند سایت عاملی می‌تواند منجر به تولید گاز هیدروژن شود.

نیکل و آهن به وفور در زمین یافت می‌شوند، بنابراین می‌توان آن‌ها را جایگزین فلزات گران‌بها نظیر روتنیوم، پلاتین و ایریدیم کرد که در حال حاضر در کاتالیزورهای تجزیه آب استفاده می‌شوند. محاسبات نظیری عملکرد چگالی را نشان می‌دهد که فعالیت کاتالیزوری واکنش تولید هیدروژن توسط نانوذرات به دلیل جفت شدن قوی الکترونیکی میان اکسید آهن و نیکل تقویت می‌شود و این امکان را فراهم می‌کند که یک کاتالیزور دو عملکردی فعال و پایدار برای شکستن مولکول‌های آب ایجاد شود. بازده این کاتالیست ۸۳٫۷ درصد گزارش شده که بالاترین بازده گزارش شده تاکنون است.

در سال ۲۰۱۵ تیم تحقیقاتی چوان ژانو یک الکترود نیکل آهن را برای تولید اکسید با کارایی بالا اختراع کرد. الکترود آهن و نیکل معمولا برای ساخت کاتالیزور گزینه مناسبی نیست اما جایی که مقیاس نانو پا به میدان می‌گذارد گویی جادویی اتفاق می‌افتد. در واقع مقیاس نانو موجب تغییر خاصیت ماده شده و این کاتالیزور به خوبی پلاتین می‌تواند هیدروژن تولید کند.

مزیت دیگر این کاتالیزور آن است که می‌تواند هم اکسیژن و هم هیدروژن تولید کند، بنابراین نه تنها به ما این امکان را می‌دهد که از عناصر فراوان و ارزان برای تولید کاتالیزور استفاده کنیم، بلکه به جای یک ماده، دو ماه تولید می‌کند.

نتایج این پروژه نشان داد که ورود نامتقارن ساختار الکتروکاتالیست می‌تواند اثر هم‌افزایی بی‌سابقه‌ای روی الکتروکاتالیست‌ها داشته باشد. این گروه با استفاده از این روش موفق شدند تا بر محدودیت عملی اکسیدهای مخلوط نیکل و آهن بر الکترولیز آب غلبه کند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Overall electrochemical splitting of water at the heterogeneous interface of nickel and iron oxide در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.