سیاست و بازاریابی

آخرين مطالب

کشف مهم پژوهشگران ایرانی و چینی در دنیای انرژی پاک اخبار

کشف مهم پژوهشگران ایرانی و چینی در دنیای انرژی پاک
  بزرگنمايي:

سیاست و بازاریابی - پژوهش جدید محققان درباره کاتالیزورهای نیکل-آهن نشان می‌دهد نقش آهن در واکنش تولید اکسیژن از آب پیچیده‌تر از تصور رایج است و این موضوع می‌تواند به کاهش هزینه تولید هیدروژن سبز منجر شود.

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد نانو، پژوهشگران مؤسسه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان (IASBS) با همکاری محققانی از مؤسسه شیمی فیزیک دالیان وابسته به آکادمی علوم چین و دانشگاه هنان، در مطالعه‌ای جدید نقش گونه‌های مختلف آهن در کاتالیزورهای نیکل-آهن را هنگام انجام واکنش تولید اکسیژن از آب بررسی کرده‌اند. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که برخلاف تصور رایج، همه گونه‌های آهن با ظرفیت اکسایش بالا مستقیماً در واکنش تولید اکسیژن نقش ندارند.
بر اساس این مطالعه، آهن موجود در بخش داخلی کاتالیزور بیشتر به ذخیره و انباشت بار الکتریکی کمک می‌کند، در حالی که تنها مقدار اندکی از یون‌های آهن با ظرفیت بالا که روی سطح کاتالیزور قرار دارند، مستقیماً در انجام واکنش مشارکت می‌کنند. این یافته می‌تواند مسیر تازه‌ای برای طراحی کاتالیزورهای کارآمدتر و کاهش هزینه تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز آب فراهم کند.
تولید هیدروژن سبز از آب، یکی از مهم‌ترین فناوری‌هایی است که می‌تواند به کاهش وابستگی جهان به سوخت‌های فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند. با این حال، یکی از موانع اصلی توسعه این فناوری، کند بودن واکنش تولید اکسیژن در فرآیند الکترولیز آب است؛ واکنشی که انرژی زیادی مصرف می‌کند و به کاتالیزورهای بسیار کارآمد نیاز دارد. به همین دلیل، شناخت دقیق سازوکار عملکرد این کاتالیزورها، یکی از موضوعات مهم پژوهش‌های حوزه انرژی به شمار می‌رود.
در همین راستا، پژوهشگران مؤسسه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان (IASBS) با همکاری محققانی از مؤسسه شیمی فیزیک دالیان وابسته به آکادمی علوم چین و دانشگاه هنان، نقش یون‌های آهن با ظرفیت اکسایش بالا را در کاتالیزورهای نیکل-آهن طی واکنش تولید اکسیژن (Oxygen Evolution Reaction یا OER) بررسی کرده‌اند. بخش نانویی این پژوهش به کاتالیزورهای نیکل-آهن هیدروکسیدی و اکسی‌هیدروکسیدی مربوط می‌شود که به صورت نانوساختار طراحی شده‌اند و به دلیل سطح ویژه زیاد، تعداد فراوان مراکز فعال و امکان کنترل دقیق ترکیب شیمیایی، از مهم‌ترین نانوکاتالیزورهای مورد استفاده در الکترولیز آب به شمار می‌روند.
واکنش تولید اکسیژن یکی از دو نیم‌واکنش اصلی در الکترولیز آب است و معمولاً سرعت پایین آن، بازده کل فرآیند را محدود می‌کند. طی سال‌های اخیر، کاتالیزورهای مبتنی بر نیکل و آهن به دلیل هزینه پایین، فراوانی عناصر و عملکرد مناسب، جایگاه ویژه‌ای در تحقیقات انرژی پاک پیدا کرده‌اند. با وجود مطالعات فراوان، هنوز مشخص نبود که دقیقاً کدام گونه‌های آهن در این مواد، نقش اصلی را در انجام واکنش ایفا می‌کنند.
پژوهشگران برای پاسخ به این پرسش، تغییرات ساختاری و شیمیایی کاتالیزور را در حین انجام واکنش و به صورت برخط (in situ) بررسی کردند؛ روشی که امکان مشاهده مستقیم رفتار ماده در شرایط واقعی عملکرد را فراهم می‌کند. در این مطالعه از مجموعه‌ای از روش‌های پیشرفته شامل طیف‌سنجی مرئی، طیف‌سنجی رامان تقویت‌شده سطحی (SERS) و طیف‌سنجی موسباور استفاده شد تا تغییرات حالت اکسایش یون‌های آهن و نیکل با دقت بالا ردیابی شود.
نتایج نشان داد یون‌های آهن با ظرفیت اکسایش بالا در ساختار نیکل-آهن، پایداری قابل توجهی دارند و حتی تا ۹۶ ساعت پس از پایان واکنش تولید اکسیژن نیز در ساختار کاتالیزور باقی می‌مانند. این موضوع نشان می‌دهد تشکیل این گونه‌های شیمیایی صرفاً یک پدیده گذرا نیست، بلکه بخشی از ویژگی پایدار ساختار ماده محسوب می‌شود.
در بخش دیگری از پژوهش، محققان نمونه‌ای از هیدروکسید نیکل را با استفاده از ایزوتوپ ^۵۷Fe اصلاح کردند تا یون‌های آهن عمدتاً روی سطح کاتالیزور قرار گیرند. بررسی این نمونه نشان داد که در مرحله تعیین‌کننده سرعت واکنش، گونه چهارظرفیتی آهن (Fe⁴⁺) روی سطح این نمونه قابل شناسایی نیست. این مشاهده، دیدگاه‌های قبلی درباره نقش مستقیم تمام یون‌های آهن با ظرفیت بالا در واکنش را به چالش کشید.
بر اساس تحلیل نتایج، پژوهشگران فرضیه جدیدی ارائه کرده‌اند. مطابق این فرضیه، یون‌های آهن موجود در بخش داخلی یا حجمی کاتالیزور، همانند یون‌های نیکل، عمدتاً وظیفه ذخیره و انباشت بار الکتریکی را بر عهده دارند و مستقیماً در تولید اکسیژن شرکت نمی‌کنند. در مقابل، تنها مقدار بسیار اندکی از یون‌های چهارظرفیتی آهن که روی سطح کاتالیزور قرار دارند، به عنوان مراکز فعال واقعی در انجام واکنش تولید اکسیژن نقش ایفا می‌کنند.
این تفکیک میان آهن سطحی و آهن حجمی، دیدگاه تازه‌ای درباره نحوه عملکرد کاتالیزورهای نیکل-آهن ارائه می‌دهد. در گذشته معمولاً همه گونه‌های آهن با ظرفیت بالا به عنوان مراکز فعال بالقوه در نظر گرفته می‌شدند، اما نتایج این مطالعه نشان می‌دهد محل قرارگیری یون‌های آهن در ساختار کاتالیزور، به اندازه حالت اکسایش آن‌ها اهمیت دارد.
به گفته پژوهشگران، این یافته‌ها می‌تواند راهنمای ارزشمندی برای طراحی نسل جدید کاتالیزورهای الکترولیز آب باشد. اگر بتوان مقدار، محل استقرار و حالت شیمیایی یون‌های آهن را به طور دقیق کنترل کرد، امکان افزایش بازده واکنش، کاهش انرژی مورد نیاز و بهبود پایداری کاتالیزورها فراهم خواهد شد.
این مطالعه همچنین نشان می‌دهد تعامل میان نیکل و آهن، یکی از عوامل کلیدی در عملکرد این کاتالیزورها است. تنظیم دقیق نسبت این دو عنصر و کنترل نحوه توزیع آن‌ها در ساختار نانویی کاتالیزور، می‌تواند مسیر انتقال بار را بهبود داده و عملکرد کلی سامانه را ارتقا دهد.
پژوهشگران در پایان تأکید می‌کنند که نتایج این تحقیق، درک بهتری از نواحی مختلف فعال در واکنش تولید اکسیژن و ارتباط آن‌ها با میزان اضافه‌پتانسیل ارائه می‌دهد. این شناخت می‌تواند زمینه توسعه کاتالیزورهای ارزان‌تر، پایدارتر و کارآمدتر را برای تولید هیدروژن سبز فراهم کند؛ فناوری‌ای که یکی از ارکان اصلی گذار به اقتصاد کم‌کربن و سامانه‌های انرژی پاک در آینده به شمار می‌رود.
نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان A Hypothesis on the Function of High-Valent Fe in NiFe (Hydr)oxide in the Oxygen-Evolution Reaction منتشر شده است.

لینک کوتاه:
https://www.siasatvabazaryabi.ir/Fa/News/795226/

نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield
مخاطبان عزیز به اطلاع می رساند: از این پس با های لایت کردن هر واژه ای در متن خبر می توانید از امکان جستجوی آن عبارت یا واژه در ویکی پدیا و نیز آرشیو این پایگاه بهره مند شوید. این امکان برای اولین بار در پایگاه های خبری - تحلیلی گروه رسانه ای آریا برای مخاطبان عزیز ارائه می شود. امیدواریم این تحول نو در جهت دانش افزایی خوانندگان مفید باشد.

ساير مطالب

تقابل غول‌ها در آبان؛ بازسازی افسانه‌ای زلدا با GTA 6 در یک زمان عرضه می‌شود؟

شب‌زنده‌داری فقط به دیر بیدارشدن ختم نمی‌شود؛ هزینه اصلی شاید مربوط به شغل باشد

تعمیر اپل واچ سری 12 و اپل واچ اولترا 4 بسیار دشوار است؛ ادعای مؤسسه iFixit

کشف اثر «وانیل» بر التیام زخم‌های عمیق

احتمال اضافه شدن حالت اول‌شخص به بازی GTA 6

صفحه‌نمایش برای کودکان؛ تهدید سلامت یا ابزاری که باید درست استفاده شود؟

برخلاف تصور، یائسگی باعث کاهش حجم ماده خاکستری مغز نمی‌شود

قهوه و خواب؛ پژوهشگران می‌گویند آخرین فنجان را چه زمانی بنوشید

پس از 2100 سال در اعماق دریا؛ کشتی مملو از ظروف لوکس سالم کشف شد

کلسترول پنهان؛ خطری که حتی استاتینها هم نمیتوانند کاملاً مهارش کنند

نمایشگر اولد به آیپد مینی می‌آید؟

تاثیر مشکلات جفت بر خطر بیش فعالی

آیا می‌توان پیری را مثل بیماری درمان کرد؟

سامسونگ گوشی گلکسی A17 را بار دیگر عرضه می‌کند؛ این بار با نامی جدید

نانوذرات نقره چگونه دی‌اکسیدکربن را به ماده اولیه سوخت تبدیل می‌کنند

سامسونگ تولید گوشی‌هایش را به‌شدت کاهش می‌دهد

بازی Gears of War: E-Day شروع قدرتمندی روی ایکس باکس داشته است

تعیین نقش آسپرین در سرطان روده بزرگ بر اساس مرحله بیماری

شایعه: نسخه GOTY بازی Battlefield 6 در تاریخ 21 مهر عرضه خواهد شد

سازنده ARC Raiders: تمرکز ما روی ساخت یک تجربه ماندگار است، نه فقط تعداد بازیکنان

سازنده ARC Raiders: تمرکز ما روی ساخت یک تجربه ماندگار است، نه فقط تعداد بازیکنان

ابطال ادعایی جنجالی؛ نور مرئی بدون حرارت توانایی تبخیر مستقیم آب را ندارد

شاهکار 6هزار ساله مهندسی؛ کشف شبکه آب پیشرفته در قدیمی‌ترین شهر بین‌النهرین

بازی The Adventures of Elliot: The Millennium Tales توسط voices38 کرک شد

دریای مرده هرچه کوچک‌تر می‌شود، گرم‌تر هم می‌شود

تولد ققنوس‌وار از خاکستر ستاره مرده؛ کشف نخستین شواهد از سیاره‌های نسل دوم

نسخه Director’s Cut بازی Watch Dogs Legion چه تغییرات و محتوای جدیدی خواهد داشت؟

اولین واکنش برنده ژاپنی نوبل شیمی 2026

سیاست‌ سخت‌گیرانه یوتیوب در برابر GTA 6؛ حذف سلاح از تصویر تبلیغاتی جیسون و لوسیا

80 میلیارد دلار سود به‌لطف هوش مصنوعی؛ گزارش مالی مقدماتی سامسونگ منتشر شد

صدای این پرنده کوچک می‌تواند از کنسرت راک هم بلندتر باشد

عکس روز ناسا از «زحل و دوستان»

برخی از مدل‌های آیفون 18 پرو مکس ظاهرا دچار رنگ‌پریدگی می‌شوند

سیاره‌های سنگی می‌توانستند فقط صد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ متولد شوند

مشخصات و رنگ‌بندی فیت‌بیت اج لو رفت؛ دستبند هوشمند بعدی گوگل

تغذیه سالم درمحیط کار،کلید بهره‌وری و پیشگیری ازبیماری‌های مزمن

سیگاری‌ها کمتر به پارکینسون مبتلا می‌شوند؟/ معمای قدیمی سیگار و پارکینسون؛ پای یک ماده شیمیایی در میان است

آیا شارژر پرقدرت به گوشی و گجت‌ها آسیب می‌زند؟

این رشته نخ، یک موتور است!

لپ‌تاپ‌های پرقدرت RTX Spark تا 7 هزار دلار قیمت دارند!

بررسی پژوهشگران ایرانی درباره اثر لیزر در افزایش موفقیت انتقال جنین

چرا «شناسایی نوترینو» برنده جایزه نوبل فیزیک 2026 شد؟

پورت غیررسمی Gears of War 3 برای PC اکنون به طور کامل قابل بازی است

نازک شدن شبکیه ممکن است پیش از ابتلا به پیش‌دیابت آغاز شود

بازی The Conjuring: Unspoken هفته آینده در نتفلیکس منتشر می‌شود

بیش از دو دقیقه از گیم‌پلی بازی لغوشده Perfect Dark منتشر شد؛ نمایش مناطق جدید و سیستم مبارزات

فوران قدرتمند خورشیدی شفق قطبی را به ارمغان آورد

«تلسکوپ فضایی جیمز وب» از جمع ستاره‌ها پرده برداشت

نجوم؛ چشم فضایی برای یافتن ماهواره در مدار/اجرای پروژه‌های مشترک ایران و چین

این گوشی سامسونگ از امروز منسوخ است و دیگر آپدیت نمی‌شود