يقوم العلماء بتعديل الذرات لإنشاء محفز قياسي لإنتاج الهيدروجين الأخضر
حدد باحثون في المملكة المتحدة طريقة لتسريع إنتاج الهيدروجين الأخضر بعد اكتشافهم أن الذرات يمكن أن تمتزج وتنقسم وتعيد تنظيم نفسها خلال نفس التجربة. أدى هذا الاكتشاف إلى إنشاء محفز قياسي لفصل الماء الكهروكيميائي، وهي العملية المستخدمة لإنتاج الهيدروجين من الماء. ويقال إنه أحد المحفزات الأكثر فعالية التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن لتوليد الهيدروجين. بقيادة جيسوم ألفيس فرنانديز، دكتوراه، وأستاذ في كلية الكيمياء بجامعة نوتنغهام، أنشأ الفريق جسيمات نانوية تحتوي على بضع عشرات من ذرات البلاتين والنيكل. ثم سجلوا تغيرات ذرية غير عادية في الفضاء المباشر وفي الوقت الحقيقي. عندما انفصلت المعادن عن بعضها البعض، حافظت على واجهة محددة ذريًا. ولاحظ الفريق أن الهيكل نشط للغاية في تقسيم الماء الكهروكيميائي، مما يؤدي إلى إنتاج الهيدروجين بكفاءة. طريق جديد للهيدروجين جمع المشروع باحثين من جامعة نوتنغهام، وجامعة برمنغهام، ودايموند لايت سورس، وجامعة أولم في ألمانيا. وأشار فرنانديز إلى أن “ما يجعل هذا الاكتشاف مثيرًا هو أنه يمكننا ضبط بنية الجسيم بشكل عكسي مع مراقبة العملية مباشرة على المستوى الذري”. ولتشكيل الجسيمات النانوية، تحول الفريق إلى المجهر الإلكتروني المتقدم. كانت ذرات البلاتين والنيكل مختلطة في البداية بالتساوي وشكلت سبيكة تقليدية. وفي غضون ثوانٍ، بدأ المعدنان في الانفصال مع الحفاظ على الحدود الذرية المشتركة. تناقضت هذه الملاحظة مع الميل الطبيعي للمواد المختلطة للبقاء ممزوجة. واقترح أن الجسيمات النانوية يمكن إعادة تنظيمها ديناميكيًا في ظل ظروف محددة. يُظهر فيديو المجهر الإلكتروني المُحدد بمرور الوقت تحول العناقيد النانوية من البلاتين والنيكل إلى بنية أكسيد البلاتين والنيكل. قال إيمرسون كولراوش، الباحث الذي قاد العمل التجريبي في جامعة نوتنغهام: “كانت هذه ملاحظة مذهلة، حيث بدا أنها تتعارض مع السلوكيات الديناميكية الحرارية التقليدية”. وتحدث عملية الانفصال عندما تتفاعل الذرات مع شعاع من الإلكترونات عالية الطاقة في تجارب الفحص المجهري. تنقل حزم الإلكترونات الطاقة إلى الذرات وتجعلها تتحرك وتحتل مواقع جديدة داخل الجسيم. وأكد أوتي كايزر، الأستاذ في جامعة أولم، أنه “من المهم تهيئة الظروف التي يمكننا من خلالها تتبع مواقع كل ذرة”. “ولتحقيق ذلك، استخدمنا أنحف مادة ممكنة لدعم الجسيمات النانوية، وطبقة الجرافين، وطاقة وتدفق شعاع الإلكترون الذي تم التحكم فيه بعناية.” اختراق الهيدروجين عندما انفصل النيكل عن البلاتين، تفاعل مع الأكسجين المحيط وأنتج أكسيد النيكل (NiO). وأضاف أندريه خلوبيستوف، أستاذ المواد النانوية في الجامعة: “ينتج عن ذلك جسيمات نانوية مكونة من نصفين – معدن البلاتين وأكسيد النيكل، مفصولة بواجهة محددة ذريًا”. ووفقا للباحثين، فإن هذه الواجهة هي المفتاح للأداء التحفيزي الاستثنائي للمادة. لقد رأوا أن عملية فصل مماثلة تحدث بشكل طبيعي أثناء تقسيم الماء الكهروكيميائي. يساهم كل من أكسيد البلاتين وأكسيد النيكل بوظائف مختلفة في التفاعل، كما أن اتصالهما الذري الوثيق يمكّنهما من العمل معًا بشكل أكثر كفاءة. وفي الوقت نفسه، قدم المحفز الناتج معدلات إنتاج الهيدروجين التي تضعه بين المواد الأكثر فعالية التي تم الإبلاغ عنها لتقسيم الماء الكهروكيميائي. وقال فرنانديز في بيان صحفي: “يفتح هذا استراتيجية جديدة لتصميم محفزات تكيفية لمجموعة واسعة من التطبيقات”. العملية أيضا قابلة للعكس. ومن خلال تغيير الظروف التجريبية، يمكن للمواد المنفصلة أن تتحد مرة أخرى لتشكل سبيكة ثم تنقسم عدة مرات مرة أخرى. وقد دفع هذا الفريق إلى مقارنة الجسيمات بالأنظمة الحية. وخلص كولراوش إلى أن “هذا ألهمنا لتسخير ديناميكياتهم في التحفيز”. وبصرف النظر عن إنتاج الهيدروجين، فإن الاكتشاف الجديد يمكن أن يؤثر على تصميم المحفزات. ومن الممكن أن يعزز ذلك تحويل الطاقة بكفاءة، والتصنيع الكيميائي، والتطبيقات الصناعية المستدامة. وقد نشرت الدراسة في مجلة المواد المتقدمة .
تم النشر: 2026-06-03 19:36:00
