تولید سریع اکسیژن از آب

به گزارش نبض انرژی، ماده جدید معرفی شده توسط دانشمندان می تواند جایگزین فلزات کمیاب شده و منجر به تولید اقتصادی تر سوخت های بدون کربن شود.
محققان نوع جدیدی از مواد کاتالیزور به نام metal hydroxide-organic framework ساخته اند که از اجزای ارزان و فراوان ساخته شده است. کاتالیزور واکنش الکتروشیمیایی را که مولکول های آب را برای تولید اکسیژن از هم جدا می کند، سرعت می بخشد که در قلب رویکردهای متعدد با هدف تولید سوخت های جایگزین برای حمل و نقل است.
اکنون، محققان MIT و جاهای دیگر نوع کاملا جدیدی از مواد کاتالیزور MHOF ساخته اند که از اجزای ارزان و فراوان ساخته شده است. خانواده مواد به مهندسان اجازه می دهد تا ساختار و ترکیب کاتالیزور را به طور دقیق با نیازهای یک فرآیند شیمیایی خاص تنظیم کنند و سپس می تواند با عملکرد کاتالیزورهای معمولی و گران تر مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود.
این یافته‌ها در مجله Nature Materials، توضیح داده شده است.
واکنش‌های تکامل اکسیژن یکی از واکنش‌های رایج در تولید الکتروشیمیایی سوخت‌ها و مواد شیمیایی است. این فرآیندها شامل تولید هیدروژن به عنوان محصول جانبی تکامل اکسیژن است که می تواند مستقیماً به عنوان سوخت استفاده شود یا تحت واکنش های شیمیایی برای تولید سوخت های دیگر حمل و نقل، ساخت آمونیاک برای استفاده به عنوان کود یا خوراک شیمیایی و کاهش دی اکسید کربن به منظور کنترل انتشار گازهای گلخانه ای مورد استفاده قرار گیرد.
این واکنش‌ها بدون کاتالیزورها بسیار کند هستند. برای یک واکنش با سینتیک آهسته، باید ولتاژ یا انرژی را فدای افزایش سرعت واکنش کنید و به دلیل انرژی اضافی مورد نیاز، بازده کلی پایین است به همین دلیل است که دانشمندان از کاتالیزورها استفاده می کنند؛ زیرا این مواد به طور طبیعی واکنش ها را با کاهش انرژی ورودی افزایش می دهند.
اما تا به حال، این کاتالیزورها همه به مواد گران قیمت یا فلزات دیرگذر که بسیار کمیاب هستند، به عنوان مثال اکسید ایریدیوم متکی هستند و تلاش زیادی در جامعه برای یافتن جایگزین هایی بر اساس مواد فراوان در زمین انجام شده است که دارای همان مواد هستند. این تیم می‌گوید که موادی را یافته‌اند که دقیقاً ترکیبی از ویژگی‌ها را ارائه می‌کنند.
این تیم روی یک کلاس مرتبط از ترکیبات موسومMOFs، که نوعی ساختار کریستالی ساخته شده از گره‌های اکسید فلزی هستند که با مولکول‌های پیوند دهنده آلی به هم مرتبط شده‌اند تحقیقات را انجام داده است.
این تیم تحقیقاتی دریافت که با جایگزینی اکسید فلزی در چنین موادی با هیدروکسیدهای فلزی خاص، می‌توان مواد کاملاً قابل تنظیمی را ایجاد کرد که پایداری لازم برای استفاده بالقوه به عنوان کاتالیزور را نیز داشتند.