Language
Country/Area
No result found
سحر المعادن: ما هي المحفزات المعدنية التي يمكنها إطلاق الأكسجين بسرعة وتغيير مستقبل الطاقة؟
إن تحفيز أكسدة الماء (WOC) لا يهدف فقط إلى إنتاج الأكسجين، بل لاستكشاف مصادر الطاقة المتجددة المستقبلية، وخاصة في عملية تجزئة الماء لإنتاج الهيدروجين. جوهر أكسدة الماء هو تحويل الماء إلى أكسجين وبروتونات (2 H2O → 4 H+ + 4 e− + O2). ويكمن جوهر هذه العملية في استخدام المحفزات. وعلى الرغم من توفر الأكسجين على نطاق واسع في الهواء، إلا أن المحفزات التي تعمل على تحسين كفاءة أكسدة الماء ستلعب بلا شك دورًا رئيسيًا في تطوير الطاقة النظيفة في المستقبل.
إن عملية أكسدة الماء أصعب بكثير من أكسدة هيدروكسيد القاعدة المرافق له.
تنقسم أنواع المحفزات بشكل أساسي إلى محفزات متجانسة ومحفزات غير متجانسة، ومن بينها المحفزات المعدنية ذات أهمية خاصة. لا تحتاج هذه المحفزات إلى العمل بسرعة بقدرة زائدة منخفضة فحسب، بل تتمتع أيضًا بثبات عالي وتكلفة منخفضة، ويفضل استخدام مكونات صديقة للبيئة وغير سامة.
محفز متجانس
مجمع الروثينيوم
تم إحراز بعض التقدم في تفاعل أكسدة الماء المحفز بواسطة هيدرات اللوتان. تحتوي هذه المحفزات عادةً على بروابط من نوع ثنائي البيريدين أو تريبيريدين. على وجه الخصوص، يمكن أن يصل معدل تفاعل المحفزات التي تحتوي على حمض البيريدين-2-كربوكسيل إلى 300 ثانية، وهو ما يشبه نظام التمثيل الضوئي II. ظهرت العديد من بروابط البوليبيريدين الجديدة في الأبحاث الحديثة.
مجمع الكوبالت والحديد
واجهت محفزات WOC المعتمدة على الكوبالت مشاكل بسبب عدم الاستقرار الكافي. يشكل المحفز المتجانس الجديد نسبيًا [Co(Py5)(H2O)](ClO4)2 نوعًا من [CoIII--OH]2+ من خلال تفاعل نقل الإلكترون المقترن بالبروتون، والذي يتم أكسدته بعد ذلك لتوليد وسيط CoIV، ويتفاعل أخيرًا مع الماء إطلاق الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، يُظهر مركب بولي أوكسيميتال الكوبالت [Co4(H2O)2(α-PW9O34)2]10− كفاءة تحفيزية عالية، وبعض المجمعات المحتوية على الحديد لها أيضًا خصائص تحفيزية جيدة.
تمتلك العديد من المركبات ذات الصلة خصائص قابلة للتحلل، ومعظمها يتحلل خلال ساعات.
مجمع الإيريديوم
على الرغم من أن مركب الإيريديوم [Ir(ppy)2(OH2)2]+ يُظهر رقم دورة تفاعل أعلى، إلا أن معدل التحفيز يكون أقل. من خلال استبدال ppy بـ Cp* (C5Me5)، يمكن تحسين النشاط التحفيزي ولكن يتم تقليل رقم الدورة. يُعتقد أن الهجوم النووي للماء هو أحد أسباب تكوين O2.
محفز غير متجانس
في هذا المجال، يعمل أكسيد الإيريديوم كمحفز أولي مستقر، مما يُظهر انخفاض الإمكانات الزائدة. بالإضافة إلى ذلك، يطلق فيلم أكسيد النيكل الأكسجين في ظل ظروف محايدة تقريبًا، مما يُظهر قدرة زائدة منخفضة للغاية تبلغ حوالي 425 مللي فولت واستقرارًا. كشفت تقنيات التحليل الطيفي للأشعة السينية عن وجود جسور μ-أكسيد مزدوجة بين أيونات NiIII/NiIV، ولكن لم يتم العثور على دليل على وجود جسور μ-أكسيد مفردة.
تتم دراسة أكسيد الكوبالت (Co3O4) بنمط مماثل لأملاح الكوبالت الأخرى.
في هذا السياق، يمكن تحضير محفزات مستقرة وفعالة عن طريق امتصاص CoII على جسيمات السيليكا النانوية. تُظهر هذه المركبات نشاطًا جيدًا في عملية أكسدة الماء، وعندما تتم معالجتها حرارياً بمواد الكربون، فإنها يمكن أن تظهر تأثيرات ممتازة لتقسيم الماء.
النظرة المستقبلية
سيكون تطوير محفزات أكسدة الماء بلا شك ذا أهمية كبيرة في النظام البيئي للطاقة في المستقبل. ومع تعمق الأبحاث، فإننا نقترب من إنشاء محفزات يمكنها تحويل الماء بكفاءة إلى طاقة هيدروجينية، مما سيجعل الجمع بين الطاقة الشمسية والطاقة الهيدروجينية ممكنًا. تخيل كيف سيتم إعادة تشكيل مستقبل الطاقة لدينا إذا كانت هناك بيانات في المستقبل تظهر أن هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها على نطاق واسع؟
