توسط محققان دانشگاه امیركبیر؛
الکتروکاتالیست بر پایه چارچوب های فلزی تولید شد
ابرنت: به گزارش ابرنت، محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در چارچوب رساله دکتری، راهکاری جدید برای ساخت چارچوب های فلزی - آلی بعنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن عرضه کردند.
به گزارش ابرنت به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر حامد شوشتری از پژوهشگران این طرح، با اعلان اینکه این مطالعات در قالب رساله دکتری با عنوان "سنتز نانوساختار نیکل- آنتیموان اصلاح شده با چارچوب فلزی - آلی به عنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن" اجرائی شده است، اظهار داشت: افزایش تقاضا برای انرژی، کاهش سوخت های فسیلی و آلودگی محیط زیست به سبب استفاده گسترده از سوخت های فسیلی سبب شده است که توجه بیشتری به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر معطوف شود. بحث درباره ی انرژی های تجدیدپذیر سال هاست که در جهان و ایران رونق گرفته، اما سهم ایران جهت استفاده از این انرژی های تجدیدپذیر و لایتناهی بسیار ناچیز است. این درحالی است که ظرفیت حقیقی ایران برای تولید انرژی تجدیدپذیر بواسطه بافت و موقعیت جغرافیایی آن بسیار بالاست. وی افزود: اخیراً، در بین تمام انرژی های تجدیدپذیر، انرژی هیدروژن به سبب داشتن مزایایی مانند ظرفیت انرژی ویژه بالا، قابلیت ذخیره سازی، فراوانی و سازگاری با محیط زیست در کانون توجه قرار گرفته است؛ چونکه سوخت هیدروژن فرصتی را فراهم می آورد که بتوان با بهره گیری از انواع مختلف مواد اولیه، انرژی با قابلیت راندمان بالا برای جبران کمبود انرژی تولید کرد. شوشتری، تجزیه الکتروشیمیایی آب را مؤثرترین روش تولید هیدروژن دانست و تصریح کرد: پروسه تجزیه الکتروشیمیایی آب ایده آل ترین و پاک ترین روش به لحاظ زیست محیطی برای تولید هیدروژن تلقی می شود. این روش که یک پروسه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی است، بوسیله الکتروکاتالیست ها صورت می گیرد. این محقق با تأکید بر این که بدون الکتروکاتالیست ها، واکنش مؤثری در پروسه تجزیه الکتروشیمیایی آب اتفاق نمی افتد، اظهار داشت: به طور معمول از مواد بر پایه پلاتین، ایریدوم یا روتنیوم به عنوان الکتروکاتالیست در تولید هیدروژن استفاده می شود اما، قیمت بالا و منابع محدود مانع استفاده گسترده از این مواد شده است. از ین جهت، لازم است که مواد جدیدی به عنوان الکتروکاتالیست ساخته و معرفی شود. وی اشاره کرد: هدف اصلی در این تحقیق، دستیابی به دانش فنی تولید الکتروکاتالیست هایی با کارآیی و عمر بالا با بهره گیری از روش سنتز ساده و مقرون به صرفه، مواد ارزان و با منابع دسترسی فراوان بوده است. شوشتری با اعلان اینکه در این طرح پژوهشی، از چارچوب های فلزی-آلی (MOFs) برای ایجاد یک ساختار ناهمگون با فصل مشترک های فازی جفت شده با نانوساختار نیکل–آنتیموان استفاده شد، تصریح کرد: چارچوب های فلزی-آلی به عنوان یک کلاس درحال ظهور از مواد کریستالی با ساختارهای سه بعدی و سلسله مراتبی هستند که به سبب داشتن خیلی از خاصیت های برجسته مانند ساختار متخلخل، مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی بسیار بالا و سهولت ترکیب با دیگر مواد بصورت مستقیم یا پیش ماده برای ساخت الکتروکاتالیست ها مورد استفاده قرار می گیرند. وی انتخاب یک چارچوب فلزی - آلی مناسب برای یک کاربرد خاص را یک چالش اساسی در این تحقیق عنوان نمود و اظهار داشت: ما در این تحقیق، از چارچوب های بر پایه‌ی دو فلز نیکل و کبالت استفاده کردیم و توانستیم یک الکتروکاتالیست دوکاره (هم به عنوان آند و هم به عنوان کاتد) تحت عنوان NiCo-MOFNiSb با فعالیت الکتروشیمیایی بالا و پایداری طولانی مدت در محیط قلیایی سنتز نماییم. بگفته این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر در بیشتر مطالعات، برای ساخت چارچوب های فلزی – آلی از روش پیرولیز در دمای بالا یا هیدروترمال که نیاز به دما، فشار و زمان زیادی دارند، استفاده شده است. همچنین، در خیلی از روش های تولید کاتالیست، مواد به دست آمده بصورت پودری شکل هستند که برای قرار دادن آنها روی سطح الکترود نیاز به فرآیندهای اضافه تری است که در بیشتر آنها از چسب های پلیمری و افزودنی های رسانا استفاده می شود. شوشتری افزود: این امر سبب کاهش مساحت فعال سطحی و متعاقب آن کاهش فعالیت و پایداری الکتروکاتالیستی می شود. برای این منظور، استفاده از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی به عنوان یک روش مستقیم و تک مرحله ای می تواند کارآمد باشد. به گفته ی ایشان، این پژوهشگران با بهره گیری از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی، چهار هدف عمده را دنبال کردند که شامل این موارد می شود:
قرار دادن پوشش بر سطح زیرلایه بدون استفاده از چسب های پلیمری (عدم استفاده از چسب موجب شد که فعالیت الکتروکاتالیستی ذاتی الکترود دست خوش تغییر نشود.)
کنترل پذیری فوق العاده خوب در ترکیب شیمیایی (مراکز دو فلزی در قالب با بیشترین توزیع و یکنواختی ایجاد شد).
صرفه جویی در زمان و دمای سنتز (زمان سنتز از ۲۴ ساعت به ۱۵ دقیقه و دمای سنتز از دماهای بالای ۱۲۰ درجه سلسیوس به دمای محیط کاهش پیدا کرد).
کاهش هزینه های ساخت (چون از تجهیزات و امکانات اضافی استفاده نشد، هزینه های سنتز بسیار تقلیل یافت). شوشتری اشاره کرد: تا حالا چارچوب فلزی-آلی بر پایه نیکل و کبالت که بصورت لایه نازک و با پایداری عالی توسط روش رسوب دهی الکتروشیمیایی در مدت زمان و دمای سنتز کم تولید شود و در عین حال، بتواند خواص الکتروکاتالیستی خوبی برای تولید همزمان هیدروژن و اکسیژن فراهم آورد، گزارش نشده است. این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به کاربردهای یافته این مطالعات اظهار داشت: نتایج این طرح پژوهشی می تواند برای پژوهشگران و صنعتگران فعال در حوزه تولید کاتالیست بسیار مفید و کاربردی باشد. باتوجه به عملکرد و راندمان تبدیل انرژی بالایی که این نوع الکتروکاتالیست ها فراهم می کنند، می توان از آنها علاوه بر تولید هیدروژن، در جذب و احیای دی اکسیدکربن حاصل از گازهای خروجی نیروگاه ها و کارخانه ها، در سیستم های تصفیه آب و پساب و همین طور سم زدایی از فاضلاب های شهری و آزمایشگاهی استفاده نمود. بگفته این محقق در این طرح پژوهشی، از نانوساختار نیکل-آنتیموان برای نخستین بار به عنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن استفاده شد، چارچوب فلزی- آلی بر پایه‌ی دو عنصر نیکل و کبالت بصورت لایه نازک با کوتاهترین زمان و معقول ترین هزینه توسط روش رسوب دهی الکتروشیمیایی سنتز شد و همچنین، بمنظور درک رفتار الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی این الکتروکاتالیست ها، مدل سازی نظریه بر پایه‌ی DFT انجام گرفت. بر طبق این نوآوری هایی که وجود داشت، شش مقاله ISI از طرح پژوهشی حاضر در ژورنال های بسیار معتبر با ضریب تأثیر بالا انتشار یافته است. این طرح در قالب رساله دکتری حامد شوشتری با راهنمایی دکتر میلاد رضائی (دانشیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر) در دانشگاه امیرکبیر اجرائی شده است.
منبع: ابرنت
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب