🔺 شکستن آب با نور خورشید: نسل جدید مواد متخلخل برای تولید هیدروژن پاک و ارزان

🔹 هیدروژن پاک یکی از بزرگ‌ترین امیدهای بشر برای کربن‌زدایی از صنایع سنگین و حمل‌ونقل آینده به شمار می‌رود، اما هزینه تولید آن همواره مانعی جدی بوده است. اکنون پژوهشگران دانشگاه ایالتی اورگن در مطالعه‌ای پیشگامانه که در ژورنال معتبر انجمن شیمی آمریکا (JACS) منتشر شده، ماده فتوکاتالیست نوآورانه‌ای توسعه داده‌اند که می‌تواند بدون نیاز به فلزات فوق‌العاده گران‌بها، هیدروژن را مستقیماً با کمک نور خورشید از آب استخراج کند.

❕ چارچوب‌های فلز-آلی (MOF) چیستند؟
این مواد ساختارهایی شبیه به «اسفنج‌های بلورین» در ابعاد نانومتری هستند که از پیوند یون‌های فلزی با مولکول‌های آلی شکل می‌گیرند. تخلخل فوق‌العاده بالا و حفره‌های قابل تنظیم MOFها به دانشمندان امکان می‌دهد خواص شیمیایی ماده را برای به دام انداختن مولکول‌ها یا تسریع واکنش‌ها مهندسی کنند. در این پژوهش، از ساختار ویژه‌ای از این خانواده به نام BVR-19 استفاده شده است.

🔹 در سیستم‌های سنتی تبدیل نور به سوخت، دانشمندان مجبور بودند از فلزات نایاب و پرهزینه‌ای مانند پلاتین به عنوان کاتالیزور کمکی استفاده کنند تا الکترون‌ها به درستی جابه‌جا شوند. نوآوری تیم محققان در این است که وظیفه اصلی را به یک پیوند گوگردی نامعمول در بخش آلی ماده (برگرفته از اسیدآمینه طبیعی ال-سیستئین) واگذار کرده‌اند. تابش نور به طور موقت این پیوند گوگرد-گوگرد را می‌شکند و ذرات رادیکالی فعالی می‌سازد که فرآیند تولید هیدروژن را با کارایی بالا به پیش می‌برند.

❕ معمای اقتصادی هیدروژن سبز در برابر هیدروژن فسیلی
امروزه بیش از ۹۵ درصد هیدروژن مورد استفاده صنایع از گاز طبیعی (روش ریفرمینگ متان) تأمین می‌شود. این روش ارزان است (حدود ۱.۵ دلار به ازای هر کیلوگرم) اما سالانه مقادیر هنگفتی دی‌اکسید کربن وارد جو می‌کند. در مقابل، هیدروژن پاک حاصل از تجزیه آب هزینه‌ای حدود ۵ دلار در هر کیلوگرم دارد. کلید رقابتی کردن هیدروژن سبز، کنار گذاشتن کاتالیزورهای گران‌قیمت و فرآیندهای پرمصرف انرژی است.

🔹 افزون بر عدم نیاز به فلزات پرهزینه، این کاتالیزور متخلخل یک برتری بزرگ دیگر نیز دارد: بلورهای آن به صورت خودبه‌خودی، در دمای معمولی اتاق و درون محلول آب تشکیل می‌شوند و به فرآیندهای سنتز دشوار صنعتی نیازی ندارند. این کشف قواعد جدیدی برای طراحی مواد خورشیدی تعریف می‌کند و مسیر حرکت به سوی تولید سوخت پاک و بدون آلایندگی را با صرف هزینه بسیار کمتر هموار می‌سازد.

[منبع]
🆔 @Science_Focus
#شیمی #هیدروژن_سبز #انرژی_پاک #نانوفناوری #تغییرات_اقلیمی #کاتالیزور