نانوخوشه‌های طلا می‌توانند کلید انرژی هیدروژنی باشند

به گزارش ایسنا و به نقل از اس‌ای، انرژی هیدروژنی وقتی از منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود و در ارتباط با سایر فناوری‌های انرژی پاک استفاده می‌شود، این پتانسیل را دارد که جزئی کلیدی از آینده انرژی پایدار باشد. با این حال، قبل از اجرای جریان اصلی این فناوری، باید بر موانع زیرساختی، اقتصادی و فنی آن غلبه کرد.

یکی از راه حل‌های جدید برای تولید کارآمد نیروی هیدروژن، استفاده از نانوخوشه‌های طلاست. این به دلیل نقشی است که این ذرات می‌توانند در فرآیند ایجاد هیدروژن به نام تجزیه الکتروشیمیایی آب یا الکترولیز آب ایفا کنند.

واکنش تکامل هیدروژن

فرآیند شیمیایی الکترولیز آب شامل تجزیه آب(H۲O) به عناصر تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن(H۲) و اکسیژن(O۲) با استفاده از الکتریسیته است و توسط واکنشی به نام «واکنش تکامل هیدروژن»(HER) تولید می‌شود.

افزایش کارایی این فرآیند، هزینه سیستم‌های الکترولیز آب را کاهش می‌دهد و کاتالیزورهایی ایجاد می‌کند که می‌توانند واکنش‌ها را در حالی که از عناصر کم‌ارزش‌تر استفاده می‌کنند و از مشکلات عمده در تجزیه الکتروشیمیایی آب هستند، سرعت بخشند.

نانوخوشه‌های طلا می‌توانند به عنوان نانوکاتالیست برای ارتقای واکنش تکامل هیدروژن(HER) و بهبود بسیار زیاد الکترولیز آب عمل کنند.

ژنگ هوا تانگ، پژوهشگر موسسه تحقیقاتی انرژی جدید در دانشگاه فناوری ساوث چین در گوانگژو می‌گوید: دستیابی به یک کاتالیزور مدل با اندازه یکنواخت مطلق، پیکربندی هندسی مشخص و یک محیط شیمیایی به خوبی تعریف شده برای ایجاد رابطه بدون ابهام میان ساختار و عملکرد در سطح اتمی، بسیار دشوار است و نانوخوشه‌های طلا به طور بالقوه می‌توانند این مسائل را حل کنند.

به طور خاص، نانوخوشه‌های طلا خواص کاتالیزوری فوق‌العاده‌ای را در واکنش‌های آلی مختلف و واکنش‌های الکتروکاتالیستی از خود نشان می‌دهند، اما تحقیقات جدید بدون چالش نیست. یافتن مقدار طلای مورد نیاز برای افزایش مقیاس استفاده از این کاتالیزورها، مسائل مربوط به نحوه عملکرد این نانوکاتالیست‌ها در شرایط نامطلوب و مدل‌سازی نظری معیوب، برخی از مشکلات مرتبط با نانوخوشه‌های طلا هستند.

پژوهشگران امیدوارند در کارهای آینده به این نگرانی‌ها رسیدگی کنند و همچنین هدایت الکتریکی کاتالیست کامپوزیت مبتنی بر خوشه را بهبود بخشند و مناسب بودن آن را برای واکنش‌هایی غیر از HER بررسی کنند.

امکان پذیرتر از نظر تجاری و پایدارتر از نظر زیست محیطی

تانگ می‌گوید: با توجه به توسعه سریع تکنیک‌های مصنوعی و علم کاتالیز، ما پیش‌بینی می‌کنیم که تلاش‌های تحقیقاتی بیشتری به استفاده از نانوخوشه‌های فلزی دقیق اتمی به عنوان کاتالیزورهای مدل برای واکنش‌های الکتروکاتالیستی مختلف و فراتر از آن اختصاص یابد.

دانشمندان و مهندسان به عنوان بخشی از ابتکارات برای ایجاد گزینه‌های انرژی پاک و تجدیدپذیر، به کار برای بهبود فناوری تجزیه الکتروشیمیایی آب ادامه می‌دهند تا آن را از نظر تجاری امکان‌پذیرتر و از نظر زیست محیطی پایدارتر کنند.

تانگ افزود: موارد ارائه شده در این مطالعه خواص کاتالیزوری استثنایی HER را اغلب به دلیل مزایای متمایز نانوخوشه‌های طلا در مقایسه با نانوذرات طلا به وضوح نشان می‌دهد.

ایده «اقتصاد هیدروژنی» زمانی را تعریف می‌کند که گرمایش، فعالیت‌های صنعتی و حمل ‌و نقل، همگی عمدتاً از انرژی هیدروژنی تأمین می‌شوند و غلبه بر موانع تکنولوژیک برای تحقق این هدف، ضروری است. حال باید دید آیا نانوخوشه‌های طلا می‌توانند کلید اصلی دستیابی به این هدف باشند؟

این مطالعه در مجله Polyoxometalates منتشر شده است.