كيف يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق فصله عن الماء دون ظهور الناتج الثانوي للعملية وهو بيروكسيد الهيدروجين؟ نجح علماء من معهد وايزمان وشركاؤهم مؤخرًا في تثبيط إنتاج بيروكسيد الهيدروجين، من خلال التحكم في دوران (هجوم الدوران) للإلكترونات المشاركة في التفاعل.
يمكن استخدام الهيدروجين، وهو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون، كوقود فعال ومتجدد وصديق للبيئة. حرقها لا يلوث الهواء. لكن محاولات إنتاج الهيدروجين عن طريق فصله عن الماء (المكون من الأكسجين والهيدروجين) واجهت عقبة تتمثل في الناتج الثانوي للعملية - بيروكسيد الهيدروجين ("بيروكسيد الهيدروجين")، والذي يؤثر على كفاءة التفاعل واستقراره. من العملية. نجح علماء من معهد وايزمان للعلوم وجامعة التكنولوجيا في أيندهوفن بهولندا مؤخرًا في تثبيط إنتاج بيروكسيد الهيدروجين بشكل كبير، من خلال التحكم في دوران (هجوم الدوران) للإلكترونات المشاركة في التفاعل. النتائج التي توصلوا إليها قد نشرت في المجلة العلمية مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
يسعى العديد من العلماء إلى تطوير طريقة لتفكيك الماء إلى مكوناته، وذلك باستخدام طاقة الشمس، والتي سيتم امتصاصها في الخلايا الكهروكيميائية الضوئية (الشمسية). ومع ذلك، حتى الآن كانت كفاءة عملية تفكيك الماء بهذه الطريقة منخفضة نسبيًا، ويضاف إلى ذلك المنتج الثانوي غير المرغوب فيه، وهو بيروكسيد الهيدروجين، الذي يسبب تآكلًا في بعض نقاط الاتصال الكهربائية في النظام، مما يقلل بشكل أكبر كفاءة العملية.
هذا هو المكان الذي جاءوا فيه إلى الصورة البروفيسور رون نعمان من قسم الفيزياء الكيميائية في معهد وايزمان للعلوم وشريكه البحثي البروفيسور بيرت ماير من جامعة التكنولوجيا في أيندهوفن بهولندا. وركزوا على الدور الذي تلعبه خاصية الدوران (هجوم الدوران) للإلكترونات المشاركة في التفاعل الكيميائي لتحلل الماء وفصل الهيدروجين. كانت فرضيتهم هي أنه إذا كان من الممكن تنسيق دوران الإلكترون على جانبي العملية، فسيتم تجنب تكوين بيروكسيد الهيدروجين. وذلك لأن الحالة الأرضية (الكمية) لبيروكسيد الهيدروجين تتطلب إلكترونين يدوران في اتجاهين متعاكسين؛ ومن ناحية أخرى، يتشكل الأكسجين عندما تصطف دورانات إلكتروناته في نفس الاتجاه.
وكان سر نجاح الدراسة هو اللون. قام العلماء بتغليف أحد الأقطاب الكهربائية في الخلية الكهروضوئية (أنود ثاني أكسيد التيتانيوم) بصبغة عضوية تحتوي على هياكل فوق جزيئية مراوانية (أي هياكل لا يمكن أن تتداخل مع صورتها المرآة). سمحت هذه الهياكل الفريدة للعلماء بحقن الإلكترونات في التفاعل الكيميائي فقط مع دوران في اتجاه معين. اعتمد هذا العمل على نتائج دراسة سابقة في مختبر البروفيسور نعمان، والتي بين فيها أن انتقال الإلكترونات عبر الجزيئات اللامركزية هو انتقائي، ويعتمد على دوران الإلكترونات. أي أن مثل هذه الجزيئات يمكن أن تكون بمثابة نوع من "المرشحات" التي تمر من خلالها إلكترونات ذات دورانات موجهة في اتجاه معين. يقول البروفيسور نعمان: "عندما قمنا بتنشيط مرشح الدوران على عملية تحلل الماء". "تم منع تكوين بيروكسيد الهيدروجين بالكامل تقريبًا. وبعد ذلك زاد التيار في الخلية إلى حد كبير". ونظرًا لوجود العديد من الجزيئات اللولبية في الطبيعة، يتوقع العلماء أن يكون لهذا الاكتشاف أهمية كبيرة في العديد من مجالات البحث.
يقول البروفيسور ماير: "لا يزال من السابق لأوانه القول كيف يمكن لهذا الاكتشاف أن يحسن كفاءة إنتاج وقود الهيدروجين". "في هذه المرحلة، نعتزم مواصلة البحث الأساسي المصمم لتعميق الفهم وتحسين العملية."
#أرقام_علمية
يعمل التحكم في دوران الإلكترون على تحسين كفاءة إنتاج الهيدروجين بنسبة 50%.
