کشف روش جدیدی برای تولید هیدروژن

این گروه پژوهشی توسط "ژو جون مین"، دکتر "وانگ شیائوپنگ" و دکتر "وینسنت لی وی سیانگ" از گروه علوم و مهندسی مواد کالج طراحی و مهندسی دانشگاه ملی سنگاپور رهبری می‌شود.

کشفی که آن ها انجام دادند این بود که نور می‌تواند مکانیسم جدیدی را در یک ماده کاتالیزوری مورد استفاده در الکترولیز آب ایجاد کند.

جون مین گفت: ما کشف کردیم که مرکز اکسایش و کاهش(Redox) برای واکنش الکتروکاتالیزوری که توسط نور تحریک می‌شود، بین فلز و اکسیژن جابه جا می‌شود و این موضوع تا حد زیادی بازدهی الکترولیز آب را بهبود می‌بخشد.

اُکسایش و کاهش نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرآیند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرآیند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، مولکول یا یون دیگر دانست.

در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد(اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند(کاهش). در چنین واکنشی مولکولِ دهنده "الکترون اکسید شده" و مولکول گیرنده "الکترون کاهیده" می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌ است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. ضمن اینکه اتم اکسیژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

اما در مورد مطالعه حاضر، همه چیز با قطع تصادفی برق چراغ‌های سقفی در آزمایشگاه جون مین تقریباً در سه سال پیش آغاز شد. در آن زمان، چراغ‌های سقفی در آزمایشگاه پژوهشی جون مین به طور معمول به مدت ۲۴ ساعته روشن بودند. هنگامی که این چراغ‌ها به دلیل قطع برق خاموش شدند، فرصتی برای مشاهده چیزی پیش آمد که دانشمندان قبلاً هرگز شاهد آن نبودند.

هنگامی که پژوهشگران روز بعد بازگشتند، دریافتند که تاریکی بر عملکرد یک ماده مبتنی بر نیکل اُکسی‌هیدروکسید در آزمایش الکترولیز آب تأثیر گذاشته است و آن را به شدت کاهش داده است.

جون مین گفت: قبلاً هیچ‌کس متوجه این افت عملکرد نشده بود، زیرا هیچ‌کس تا به حال این آزمایش را در تاریکی انجام نداده بود. همچنین دانش ما می‌گفت که چنین ماده‌ای نباید به نور حساس باشد و نور نباید هیچ تاثیری بر خواص آن داشته باشد.

جون مین و گروهش می‌دانستند که به چیز مهمی برخورد کرده‌اند و آزمایش‌های مکرر و متعددی را برای آزمایش نظریه‌های جدید خود آغاز کردند و در نهایت به اطلاعات کافی برای انتشار مقاله دست یافتند.

اکنون این گروه پژوهشی در حال کار بر روی راه‌های جدیدی برای بهبود فرآیندهای صنعتی برای تولید هیدروژن، مانند شفاف‌سازی سلول‌های حاوی آب است تا نور را به فرآیند تجزیه آب وارد کند.

این کار باید انرژی کمتری در فرآیند الکترولیز نیاز داشته باشد و همچنین استفاده از نور طبیعی بسیار آسان‌تر است. بنابراین هیدروژن بیشتری را می‌توان در مدت زمان کوتاه‌تری با مصرف انرژی کمتر تولید کرد.

کنار زدن محدودیت‌ها

جون مین اضافه کرد که بهترین راه برای توسعه علم، همواره یافتن راه‌های جدید برای انجام کارهایی که قبلا انجام شده، نیست، بلکه این است که دائماً مرزها را پشت سر بگذاریم.

وی گفت: تنها از طریق انباشت دانش جدید است که می‌توانیم جامعه را به تدریج بهبود دهیم.

این کشف می‌تواند بر شرکت‌های مواد غذایی که از گاز هیدروژن برای تبدیل روغن‌ها و چربی‌های غیراشباع به روغن‌های اشباع استفاده می‌کنند و صنعت نفت که از این گاز برای حذف محتوای گوگرد از نفت استفاده می‌کنند، تأثیر بگذارد.

هیدروژن همچنین این پتانسیل را دارد که به عنوان یک سوخت سازگار با محیط زیست مورد استفاده قرار گیرد، زیرا هیچ آلاینده‌ای تولید نمی‌کند و ذخیره‌سازی آن آسان‌تر است و همچنین از باتری‌های خورشیدی قابل اطمینان‌تر است.

منبع: آی‌ای