بدائل الوقود النظيف المعتمد على الجسيمات النانوية

في المستقبل، سيكون من الممكن تطوير تقنيات طاقة نظيفة رخيصة الثمن بفضل اكتشاف جديد - اكتشف فريق من الباحثين من جامعة ولاية بنسلفانيا أنه من الممكن بدء أو تسريع تفاعل كيميائي مهم لإنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الجسيمات النانوية. يتكون من النيكل والفوسفور، وهما عنصران رخيصان شائعان جدًا على الأرض.

في المستقبل، سيكون من الممكن تطوير تقنيات طاقة نظيفة رخيصة الثمن بفضل اكتشاف جديد - اكتشف فريق من الباحثين من جامعة ولاية بنسلفانيا أنه من الممكن بدء أو تسريع تفاعل كيميائي مهم لإنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الجسيمات النانوية. يتكون من النيكل والفوسفور، وهما عنصران رخيصان شائعان جدًا على الأرض.

ونشرت نتائج الدراسة الجديدة في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society.

ويوضح الباحث الرئيسي أن الغرض من الجسيمات النانوية المكونة من النيكل والفوسفيد هو المساعدة في إنتاج غاز الهيدروجين من تقسيم جزيء الماء - وهي عملية مهمة للعديد من التقنيات لتوليد الطاقة، بما في ذلك خلايا الوقود والخلايا الشمسية. ويوضح الباحث الرئيسي أن "الماء هو الوقود المثالي، لأنه رخيص وشائع، ولكننا بحاجة إلى استخراج الهيدروجين المخزن فيه". يحتوي الهيدروجين على نسبة عالية من الطاقة وهو ناقل فعال للطاقة، ولكن يجب استثمار الطاقة من أجل إنتاجه. ومن أجل جعل إنتاجه عملية عملية، يحاول العلماء إيجاد طريقة لبدء التفاعلات الكيميائية المطلوبة باستخدام محفزات غير مكلفة. ويوضح الباحث أن هذا الهدف تم تحقيقه إلى حد جيد من خلال استخدام معدن البلاتين، ولكن في ظل كون هذا المعدن باهظ الثمن ونادر جدًا، حاول الباحثون إيجاد مواد بديلة أرخص.

وقال الباحث الرئيسي: "كانت هناك عدة تنبؤات بأن فوسفيد النيكل قد يكون مرشحًا جيدًا، وكان فريق مختبري يعمل مع جسيمات فوسفيد النيكل النانوية لسنوات عديدة". "اتضح أن هذه الجسيمات النانوية كانت نشطة بالفعل في إنتاج الهيدروجين وأن كفاءتها يمكن مقارنتها بأفضل البدائل المتاحة اليوم والتي تعتمد على البلاتين."

ومن أجل تحضير جسيمات فوسفيد النيكل النانوية، بدأ أحد أعضاء الفريق البحثي بفحص الأملاح المعدنية المتوفرة تجارياً. وفي الخطوة التالية، قام الباحثون بإذابة هذه الأملاح وإضافة مواد كيميائية إضافية وتسخين المحلول لتكوين الجسيمات النانوية. نجح الباحثون في صنع جسيم نانوي ذو شكل شبه كروي - ليس كرويًا تمامًا ولكنه كروي مع العديد من الحواف المسطحة والمكشوفة. يضيف الباحث الرئيسي ويشرح: "إن الحجم الصغير للجسيمات النانوية خلق مساحة سطحية كبيرة، والحواف المكشوفة تعني أن هناك عددًا كبيرًا من المواقع المتاحة لتحفيز التفاعل الكيميائي الذي ينتج الهيدروجين".

وكانت الخطوة التالية للباحثين هي فحص نشاط هذه الجسيمات النانوية كمحفزات للتفاعلات الكيميائية المختلفة. لقد فعلوا ذلك عن طريق إدخال الجسيمات النانوية في ورقة من رقائق التيتانيوم وغمر هذه الورقة في محلول حمض الكبريتيك. وفي الخطوة التالية، طبق الباحثون جهدًا كهربائيًا وقاسوا التيار الناتج. وكشفت القياسات أن التفاعلات الكيميائية كانت بالفعل متسارعة وبكفاءة عالية.

يوضح الباحث الرئيسي: "لقد مهدت تقنية الجسيمات النانوية الطريق بالفعل للحصول على طاقة أرخص وأكثر نظافة تتسم بالكفاءة والمفيدة". "هدفنا الآن هو تحسين أداء هذه الجسيمات النانوية وفهم سبب عملها بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد فريق البحث لدينا أن نجاحنا مع فوسفيد النيكل سيمهد الطريق لاكتشاف محفزات جديدة تعتمد أيضًا على معادن شائعة أخرى. قد تؤدي الأفكار المكتسبة من هذا الاكتشاف إلى محفزات أفضل وأكثر فعالية في المستقبل."

أخبار الدراسة