فك باحثون في التخنيون الآلية التي تسرّع عملية تحلل الماء من خلال "تطعيم الحديد"
تمكن باحثون في كلية علوم وهندسة المواد في التخنيون من فك آلية عمل أفضل محفز لتقسيم الماء، من خلال فك رموز عملية تطعيم الحديد. ذكرت ذلك مجلة الكيمياء الفيزيائية والفيزياء الكيميائية.
ويكشف البحث لأول مرة عن سبب نجاح تطعيم المحفز بالحديد (أي تلويث المحفز بكميات قليلة من الحديد) في تحفيز أكسدة الماء. ومن المتوقع أن يؤدي الفهم الأعمق لآلية تقسيم الماء هذه إلى تطوير محفزات إضافية يمكنها تقسيم الماء وتخزين الطاقة.
تجزئة الماء هي عملية يتم فيها تقسيم الماء إلى مكوناته، وهي الهيدروجين والأكسجين. والهدف العملي من هذه العملية هو إنتاج وقود الهيدروجين الذي يعتبر وقودا نظيفا لأن دفع الهيدروجين يؤدي إلى انبعاث الماء فقط. في الآونة الأخيرة، تم العثور على مادة ناجحة بشكل خاص يمكنها تسريع عملية أكسدة الماء: NiOOH (أوكسي هيدروكسيد النيكل). لقد تم استخدام هذه المادة في البطاريات منذ عقود عديدة، ولكن في الآونة الأخيرة فقط أصبح من الواضح أنها عندما يتم تطعيمها (تلويثها) بالقليل من الحديد، فإنها تعمل على تسريع عملية تحلل الماء بشكل كبير. منذ الاكتشاف، استخدمت العديد من المجموعات في العالم هذا المحفز لتقسيم الماء، لكن الآلية التي تعطي منشطات الحديد فعاليتها لم يتم شرحها حتى الآن.
تتعامل المجموعة البحثية للبروفيسور مشنا ميتال كسري توروكر مع الأساليب النظرية الحسابية لتوصيف خصائص المواد وإيجاد العلاقة بين بنية المادة وخصائصها. كما تتيح هذه الطرق فك الظاهرة المذكورة آنفا، وهي تأثير المحفز المحتوي على الحديد على تحلل الماء. واكتشف باحثو التخنيون أن الحديد قادر على تغيير حالات الأكسدة بسهولة عندما يكون داخل المحفز، وهو مفتاح نجاح العملية الكيميائية. بمعنى آخر، السر يكمن في قدرة المادة الملوثة بالحديد على تغيير حالات الأكسدة أثناء التفاعل الكيميائي.
في عام 2016، نشرت المجموعة 12 مقالة - وهو إنجاز مهم للغاية في العالم الأكاديمي - ويتناول جزء كبير منها توصيف محفز NiOOH. تم اختيار المقال الحالي، الذي كتبه البروفيسور كاسباري توروكر مع الطالبة فيكي فيدلسكي، كمقالة غلاف وسيظهر في العدد القادم على غلاف الصحيفة المطبوعة. نشرت فيديلسكي المقال أثناء دراستها للماجستير كجزء من برنامج الطاقة الكبير في التخنيون، الذي يساعد في هذا البحث.
للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
1. يمكن ترجمة كلمة "Doping" إلى العبرية في شكلين: "Doping" أو "Iloh". وفي حالة إدخال ذرات أو أيونات أو أي مركبات في هيكل مصنوع من مادة أخرى، فإنه يترجم في لغات الكيمياء والفيزياء بـ "الزرع"، على عكس لغة الطب الحديث التي تترجم بـ "" منشطات".
2. الحديد ثنائي التكافؤ هو أيون ذو خصائص كهروضوئية، أي أنه يمكن أن يتأكسد بسهولة إلى حديد ثلاثي التكافؤ حتى في حالة وجود الضوء فقط، دون الحاجة إلى مؤكسد كيميائي آخر في بيئته. وهذا يمكن أن يساعد بالتأكيد في سهولة أكسدته أثناء نشاطه التحفيزي. أتساءل عما إذا كان الباحثون في المنشور الحالي يستخدمون إسقاط الضوء المرئي من أجل تسريع هذا المحفز بشكل أكبر...