توسط محققان دانشگاه امیركبیر؛
الکتروکاتالیست بر پایه چارچوب های فلزی تولید شد
به گزارش ما دیجیتال، محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در چارچوب رساله دکتری، راهکاری جدید برای ساخت چارچوب های فلزی - آلی بعنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن عرضه کردند.
به گزارش ما دیجیتال به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر حامد شوشتری از محققان این طرح، با اشاره به اینکه این مطالعات در چارچوب رساله دکتری با عنوان "سنتز نانوساختار نیکل- آنتیموان اصلاح شده با چارچوب فلزی - آلی بعنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن" اجرایی شده است، اظهار داشت: افزایش تقاضا برای انرژی، کاهش سوخت های فسیلی و آلودگی محیط زیست به علت استفاده گسترده از سوخت های فسیلی سبب شده است که توجه بیشتری به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر معطوف شود. بحث در رابطه با انرژی های تجدیدپذیر سال هاست که در جهان و ایران رونق گرفته، اما سهم ایران جهت استفاده از این انرژی های تجدیدپذیر و بی انتها بسیار ناچیز است. این درحالی است که ظرفیت حقیقی ایران برای تولید انرژی تجدیدپذیر به واسطه بافت و موقعیت جغرافیایی آن بسیار بالاست. وی افزود: اخیراً، در بین تمام انرژی های تجدیدپذیر، انرژی هیدروژن به علت داشتن مزایایی مانند ظرفیت انرژی ویژه بالا، قابلیت ذخیره سازی، فراوانی و سازگاری با محیط زیست در کانون توجه قرار گرفته است؛ چون که سوخت هیدروژن فرصتی را فراهم می آورد که بتوان با استفاده از انواع مختلف مواد اولیه، انرژی با قابلیت بهره وری بالا برای جبران کمبود انرژی تولید کرد. شوشتری، تجزیه الکتروشیمیایی آب را مؤثرترین روش تولید هیدروژن دانست و خاطرنشان کرد: فرایند تجزیه الکتروشیمیایی آب ایده آل ترین و پاک ترین روش به لحاظ زیست محیطی برای تولید هیدروژن تلقی می شود. این روش که یک فرایند تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی است، از راه الکتروکاتالیست ها صورت می گیرد. این محقق با تکیه بر این که بدون الکتروکاتالیست ها، واکنش مؤثری در فرایند تجزیه الکتروشیمیایی آب اتفاق نمی افتد، اظهار نمود: معمولا از مواد بر پایه پلاتین، ایریدوم یا روتنیوم بعنوان الکتروکاتالیست در تولید هیدروژن استفاده می شود اما، قیمت بالا و منابع محدود مانع استفاده گسترده از این مواد شده است. ازاین رو، ضروریست که مواد جدیدی بعنوان الکتروکاتالیست ساخته و معرفی شود. وی تصریح کرد: هدف اصلی در این تحقیق، دستیابی به دانش فنی تولید الکتروکاتالیست هایی با کارآیی و عمر بالا با استفاده از روش سنتز ساده و مقرون به صرفه، مواد ارزانقیمت و با منابع دسترسی فراوان بوده است. شوشتری با اشاره به اینکه در این طرح تحقیقاتی، از چارچوب های فلزی-آلی (MOFs) برای ایجاد یک ساختار ناهمگون با فصل مشترک های فازی جفت شده با نانوساختار نیکل–آنتیموان استفاده شد، خاطرنشان کرد: چارچوب های فلزی-آلی بعنوان یک کلاس درحال ظهور از مواد کریستالی با ساختارهای سه بعدی و سلسله مراتبی هستند که به علت داشتن خیلی از خصوصیت های برجسته مانند ساختار متخلخل، مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی بسیار بالا و سهولت ترکیب با دیگر مواد به صورت 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 بعنوان آند و هم بعنوان کاتد) تحت عنوان NiCo-MOFNiSb با فعالیت الکتروشیمیایی بالا و پایداری طولانی مدت در محیط قلیایی سنتز نماییم. به قول این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر در بیشتر مطالعات، برای ساخت چارچوب های فلزی – آلی از روش پیرولیز در دمای بالا یا هیدروترمال که احتیاج به دما، فشار و زمان زیادی دارند، استفاده شده است. همچنین، در خیلی از روش های تولید کاتالیست، مواد به دست آمده به صورت پودری شکل هستند که برای قرار دادن آنها روی سطح الکترود احتیاج به فرآیندهای اضافه تری است که در اکثر آنها از چسب های پلیمری و افزودنی های رسانا استفاده می شود. شوشتری افزود: این امر باعث کاهش مساحت فعال سطحی و متعاقب آن کاهش فعالیت و پایداری الکتروکاتالیستی می شود. برای این منظور، استفاده از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی بعنوان یک روش مستقیم و تک مرحله ای می تواند کارآمد باشد. به نقل از ایشان، این محققان با استفاده 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 سبب 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 تصریح کرد: تابحال چارچوب فلزی-آلی بر پایه نیکل و کبالت که به صورت 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 ضمن اشاره به کاربردهای یافته این مطالعات اظهار نمود: نتایج این طرح تحقیقاتی می تواند برای محققان و صنعتگران فعال در زمینه تولید کاتالیست بسیار مفید و کاربردی باشد. با عنایت به عملکرد و راندمان تبدیل انرژی بالایی که این نوع الکتروکاتالیست ها فراهم می کنند، میتوان 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 همینطور سم زدایی از فاضلاب های شهری و آزمایشگاهی استفاده نمود. به قول این محقق در این طرح تحقیقاتی، از نانوساختار نیکل-آنتیموان برای نخستین بار بعنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن استفاده شد، چارچوب فلزی- آلی بر پایه‌ی دو عنصر نیکل و کبالت به صورت لایه نازک با کوتاه ترین زمان و معقول ترین هزینه توسط روش رسوب دهی الکتروشیمیایی سنتز شد و همچنین، به منظور 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 تحقیقاتی حاضر در ژورنال های بسیار معتبر با ضریب تاثیر بالا انتشار یافته است. این طرح در چارچوب رساله دکتری حامد شوشتری با راهنمایی دکتر میلاد رضائی (دانشیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر) در دانشگاه امیرکبیر اجرایی شده است.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب