تولید الکتروکاتالیست بر پایه چارچوب‌های فلزی-آلی با روشی ارزان و طول عمر بالا
تاریخ انتشار: ۲۰ فروردین ۱۴۰۳ | کد خبر: ۴۰۰۸۵۶۳۷
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در قالب رساله دکتری، راهکاری جدید برای ساخت چارچوب‌های فلزی – آلی به‌عنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن ارائه کردند.
حامد شوشتری از محققان این طرح، با بیان اینکه این مطالعات در قالب رساله دکتری با عنوان «سنتز نانوساختار نیکل- آنتیموان اصلاح شده با چارچوب فلزی - آلی به‌عنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن» اجرایی شده است، گفت: افزایش تقاضا برای انرژی، کاهش سوخت‌های فسیلی و آلودگی محیط زیست به دلیل استفاده گسترده از سوخت‌های فسیلی باعث شده است که توجه بیشتری به استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر معطوف شود.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
شوشتری درباره اهمیت انجام این طرح پژوهشی گفت: بحث درباره انرژی‌های تجدیدپذیر سال‌هاست که در جهان و ایران رونق گرفته، اما سهم ایران برای استفاده از این انرژی‌های تجدیدپذیر و بی‌پایان بسیار ناچیز است. این درحالی است که ظرفیت حقیقی ایران برای تولید انرژی تجدیدپذیر به واسطه بافت و موقعیت جغرافیایی آن بسیار بالاست.
وی ادامه داد: اخیراً، در میان تمام انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی هیدروژن به دلیل داشتن مزایایی مانند ظرفیت انرژی ویژه بالا، قابلیت ذخیره‌سازی، فراوانی و سازگاری با محیط زیست در کانون توجه قرار گرفته است؛ چرا که سوخت هیدروژن فرصتی را فراهم می‌کند که بتوان با استفاده از انواع مختلف مواد اولیه، انرژی با قابلیت بهره‌وری بالا برای جبران کمبود انرژی تولید کرد.
شوشتری، تجزیه الکتروشیمیایی آب را مؤثرترین روش تولید هیدروژن دانست و یادآور شد: فرآیند تجزیه الکتروشیمیایی آب ایده‌آل‌ترین و پاک‌ترین روش به‌لحاظ زیست محیطی برای تولید هیدروژن تلقی میشود. این روش که یک فرآیند تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی است، از طریق الکتروکاتالیست‌ها صورت می‌گیرد.
این محقق با تاکید بر اینکه بدون الکتروکاتالیست‌ها، واکنش مؤثری در فرآیند تجزیه الکتروشیمیایی آب اتفاق نمی‌افتد، ادامه داد: معمولاً از مواد بر پایه پلاتین، ایریدوم یا روتنیوم به عنوان الکتروکاتالیست در تولید هیدروژن استفاده میشود اما، قیمت بالا و منابع محدود مانع استفاده گسترده از این مواد شده است. از این رو، ضروری است که مواد جدیدی به‌عنوان الکتروکاتالیست ساخته و معرفی شود.
وی اضافه کرد: هدف اصلی در این تحقیق، دستیابی به دانش فنی تولید الکتروکاتالیست‌هایی با کارآیی و عمر بالا با استفاده از روش سنتز ساده و مقرون به صرفه، مواد ارزان قیمت و با منابع دسترسی فراوان بوده است.
شوشتری با بیان اینکه در این طرح پژوهشی، از چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) برای ایجاد یک ساختار ناهمگون با فصل‌مشترک‌های فازی جفت شده با نانوساختار نیکل–آنتیموان استفاده شد، یادآور شد: چارچوب‌های فلزی-آلی به‌عنوان یک کلاس در حال ظهور از مواد کریستالی با ساختار‌های سه‌بعدی و سلسله مراتبی هستند که به دلیل داشتن بسیاری از ویژگی‌های برجسته مانند ساختار متخلخل، مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی بسیار بالا و سهولت ترکیب با دیگر مواد به‌صورت مستقیم یا پیش ماده برای ساخت الکتروکاتالیست‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
وی انتخاب یک چارچوب فلزی - آلی مناسب برای یک کاربرد خاص را یک چالش اساسی در این تحقیق عنوان کرد و گفت: ما در این تحقیق، از چارچوب‌های بر پایۀ دو فلز نیکل و کبالت استفاده کردیم و توانستیم یک الکتروکاتالیست دوکاره (هم به‌عنوان آند و هم به‌عنوان کاتد) تحت عنوان NiCo-MOF@NiSb با فعالیت الکتروشیمیایی بالا و پایداری طولانی مدت در محیط قلیایی سنتز کنیم.
دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: در بیشتر مطالعات، برای ساخت چارچوب‌های فلزی – آلی از روش پیرولیز در دمای بالا یا هیدروترمال که نیاز به دما، فشار و زمان زیادی دارند، استفاده شده است. همچنین، در بسیاری از روش‌های تولید کاتالیست، مواد به‌دست آمده به‌صورت پودری شکل هستند که برای قرار دادن آنها روی سطح الکترود نیاز به فرآیند‌های اضافه‌تری است که در اغلب آنها از چسب‌های پلیمری و افزودنی‌های رسانا استفاده میشود.
شوشتری اضافه کرد: این امر موجب کاهش مساحت فعال سطحی و متعاقب آن کاهش فعالیت و پایداری الکتروکاتالیستی میشود. برای این منظور، استفاده از روش رسوب‌دهی الکتروشیمیایی به‌عنوان یک روش مستقیم و تک مرحله‌ای می‌تواند کارآمد باشد.
وی افزود: با استفاده از روش رسوب‌دهی الکتروشیمیایی، چهار هدف عمده را دنبال کردیم که شامل مواردی از جمله قراردادن پوشش بر سطح زیرلایه بدون استفاده از چسب‌های پلیمری (عدم استفاده از چسب باعث شد که فعالیت الکتروکاتالیستی ذاتی الکترود دست خوش تغییر نشود.)، کنترل‌پذیری فوق‌العاده خوب در ترکیب شیمیایی (مراکز دو فلزی در چارچوب با بیشترین توزیع و یکنواختی ایجاد شد)، صرفه‌جویی 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) و کاهش هزینه‌های ساخت (چون از تجهیزات و امکانات اضافی استفاده نشد، هزینه‌های سنتز بسیار تقلیل یافت) میشود.
این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر تاکید کرد: تاکنون چارچوب فلزی-آلی بر پایه نیکل و کبالت که به‌صورت لایه نازک و با پایداری عالی توسط روش رسوب‌دهی 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 کند، گزارش نشده است.
شوشتری با اشاره به کاربرد‌های یافته این مطالعات اضافه کرد: نتایج این طرح پژوهشی می‌تواند برای محققان و صنعتگران فعال در زمینه تولید کاتالیست بسیار مفید و کاربردی باشد.
وی در همین راستا افزود: با توجه به عملکرد و راندمان تبدیل انرژی بالایی که این نوع الکتروکاتالیست‌ها فراهم می‌کنند، می‌توان از آنها علاوه بر تولید هیدروژن، در جذب و احیای دی‌اکسیدکربن حاصل از گازهای خروجی نیروگاه‌ها و کارخانه‌ها، در سیستم‌های تصفیه آب و پساب و همچنین سم‌زدایی از فاضلاب‌های شهری و آزمایشگاهی استفاده کرد.
این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر ادامه داد: در این طرح پژوهشی، از نانوساختار نیکل-آنتیموان برای اولین بار به‌عنوان الکتروکاتالیست تولید هیدروژن استفاده شد، چارچوب فلزی- آلی بر پایۀ دو عنصر نیکل و کبالت به‌صورت لایه نازک با کمترین زمان و معقول‌ترین هزینه توسط روش رسوب‌دهی الکتروشیمیایی سنتز شد.
وی افزود: همچنین، به‌منظور درک رفتار الکتروشیمیایی و ترمودینامیکی این الکتروکاتالیست‌ها، مدل‌سازی تئوری بر پایۀ DFT انجام گرفت. بر اساس این نوآوری‌هایی که وجود داشت، شش مقاله ISI از طرح پژوهشی حاضر در ژورنال‌های بسیار معتبر با ضریب تأثیر بالا منتشر شده است.
انتهای پیام/
منبع: آنا
کلیدواژه: دانشگاه امیرکبیر کاتالیست انرژی های تجدید پذیر دانشگاه صنعتی امیرکبیر انرژی های تجدیدپذیر الکتروکاتالیست ها چارچوب های فلزی طرح پژوهشی تولید هیدروژن چارچوب فلزی فلزی آلی
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت ana.press دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «آنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۴۰۰۸۵۶۳۷ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
دردسرهای افزایش بیش از حد انرژی‌های تجدیدپذیر برای آینده
بهره‌وری انرژی برای آینده‌ای پایدار حیاتی است، با این حال افزایش بیش از حد استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بدون وجود زیرساخت‌های کارآمد و مدیریت مصرف، جهان را با مشکلات بسیار مواجه می‌کند.
به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، اتلاف انرژی یک مشکل بزرگ است و حدود سه‌چهارم انرژی جهانی به دلیل سیستم‌ها یا زیرساخت‌های ناکارآمد و رفتارهای مصرف نادرست هدر می‌رود. بهره‌وری انرژی اغلب به نفع افزایش ظرفیت انرژی تجدیدپذیر نادیده گرفته میشود، حال آن‌که بهبود آن و کاهش اتلاف انرژی می‌تواند انتشار کربن را پایین آورد، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند و بار تولید انرژی سبز را کاهش دهد. از آنجا که دولت‌ها بر توسعه ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر خود تمرکز می‌کنند، بسیاری از آنها یک عنصر حیاتی برای تقویت امنیت انرژی پاک یعنی مدیریت زباله‌های انرژی را نادیده می‌گیرند.
دردسرهای افزایش اتکا به انرژی‌های تجدیدپذیرکشورها در سراسر جهان باید سیستم‌های موجود خود را اصلاح کنند تا اطمینان حاصل شود که انرژی در حمل‌ونقل و استفاده از بین نمی‌رود و شبکه‌های برق آماده پذیرایی از پروژه‌های انرژی پاک جدید می‌شوند که انتظار می‌رود طی دهه‌های آینده ارائه شوند.
این توسعه نیازمند تمرکز بیشتر بر کاهش اتلاف انرژی به جای افزایش ظرفیت انرژی تجدیدپذیر است، زیرا جایگزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر بدون توجه به کارآمدی و کاهش مصرف در عمل بی‌فایده خواهد بود. یکی از موارد مشکل‌ساز در این زمینه برای اروپا، عرضه بیش از حد پنل‌های خورشیدی از چین به‌دنبال افزایش اهداف ظرفیت انرژی خورشیدی خود توسط دولت‌ها است.
چین در تولید مقادیر زیادی پنل با هزینه کم بسیار موفق بوده است. این امر به تولید بسیار کمتر پنل‌های خورشیدی در مناطق گران‌تر مانند اروپا و اتکای بیشتر به چین برای تهیه پنل‌های خورشیدی در سراسر جهان منجر شده و رقابت تولیدکنندگان داخلی را با مشکل مواجه کرده است. به این ترتیب دولت‌ها به فکر وضع تعرفه‌هایی بر صادرات انرژی‌های تجدیدپذیر چین هستند که به زودی به ایالات متحده نیز راه پیدا خواهد کرد.
انتظار می‌رود چین مقادیر زیادی پنل‌های خورشیدی را به کشورهای سراسر جهان بفروشد و به آنها امکان توسعه پروژه‌های انرژی خورشیدی کم‌هزینه را بدهد. این امر نشان‌دهنده پیشرفت چشمگیر در فناوری انرژی خورشیدی است، با این حال می‌تواند منجر به اتکای بیش از حد به افزایش ظرفیت به جای بهبود کارایی در تمام منابع انرژی و کاهش مصرف انرژی شود.
بهره‌وری انرژی از لحاظ تاریخی بیشترین سهم را در کاهش گازهای گلخانه‌ای به ارمغان آورده است. معرفی مجدد آن برای عصر انرژی‌های تجدیدپذیر و دستیابی به اهداف کربن‌صفر خالص تا سال ۲۰۵۰، بشر را قادر می‌سازد تا به این روند ادامه دهد.
برخورداری از شانس مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی و پای‌بندی به توافق‌نامه پاریس در سال ۲۰۱۵ برای رسیدن به هدف کربن‌صفر خالص و حفظ گرمایش جهانی به زیر ۱.۵ درجه سانتی‌گراد، نیازمند بهره‌وری انرژی است. بهره‌وری انرژی می‌تواند یک‌سوم صرفه‌جویی کربن مورد نیاز را تا رسیدن به کربن‌صفر خالص تأمین کند و با برق‌رسانی هرچه بیشتر سیستم انرژی خود، ایجاد انعطاف‌پذیری در عرضه، تقاضا و ذخیره‌سازی انرژی و استفاده مجدد از گرمای اتلاف‌شده، کارایی انرژی را افزایش می‌دهد.
مهندسی سیستم انرژی آینده نشان می‌دهد که اتحادیه اروپا و بریتانیا ممکن است بتوانند با به حداکثر رساندن پتانسیل تقاضا، هزینه‌های اجتماعی سالانه ۱۱.۲ میلیارد دلاری را تا سال ۲۰۳۰ و ۱۶.۶ میلیارد دلاری را تا سال ۲۰۵۰ کاهش دهند. این انعطاف‌پذیری به این مناطق کمک می‌کند تا انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید خود را تا حدود ۴۰ میلیون تن کاهش دهند و تولید برق از گاز طبیعی را به میزان ۱۰۶ تراوات ساعت یا حدود یک‌پنجم مصرف گاز طبیعی اتحادیه اروپا برای تولید برق نسبت به سال ۲۰۲۲ کاهش دهد. انتقال از سوخت‌های فسیلی به یک سیستم کاملاً الکتریکی می‌تواند تا ۴۰ درصد از مصرف انرژی نهایی را کاهش دهد.
بهره‌وری انرژی در فناوری‌های نوظهوراطمینان از بهره‌وری انرژی در فناوری‌های نوظهور نیز بسیار مهم است. بازار هیدروژن با سرعتی بالا در حال رشد است، زیرا دولت‌ها و شرکت‌ها در سراسر جهان به دنبال جایگزین‌های سوخت پاک‌تر برای نیرو دادن به صنایعی مانند تولید و هوانوردی هستند. تبدیل انرژی تجدیدپذیر به هیدروژن از طریق الکترولیز به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد که بسیاری معتقدند بهتر است به‌طور مستقیم به‌عنوان برق مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین جهان باید فناوری‌های الکترولیز با راندمان بالا را برای بهبود فرآیند تبدیل و تمرکز بر کاهش تقاضا برای هیدروژن توسعه دهد. به این ترتیب یکپارچه‌سازی استراتژیک بخش‌هایی که گرمای اضافی را برای کاهش تقاضای انرژی و افزایش کارایی به کار می‌برند، ممکن و ضروری است.
تا پایان دهه تا ۵۳ درصد از انرژی ورودی جهانی به‌عنوان گرمای اضافی هدر می‌رود، اما این گرما می‌تواند برای تأمین انرژی ماشین‌آلات و همچنین گرمایش ساختمان‌ها و آب استفاده میشود.
سیستم‌های انرژی موجود در سطح جهانی بسیار ناکارآمد هستند و تقاضای انرژی در جهان همچنان در حال افزایش است. بنابراین، دولت‌ها در تلاش هستند تا به سرعت منابع انرژی موجود را با انرژی‌های تجدیدپذیر جایگزین کنند تا از تلاش‌های کربن‌زدایی حمایت کنند. در این میان برای کاهش ناکارآمدی‌ها و مهار مصرف غیرضروری انرژی، کار چندانی انجام نمی‌شود. بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش استفاده بیش از حد به کاهش انتشار کربن و همچنین کاهش بار دولت‌هایی که به دنبال افزایش تولید انرژی سبز با سرعتی ناپایدار هستند، کمک می‌کند.
کد خبر 748687
علت فوت پزشک متخصص در استان فارس در دست بررسی است