همه چیز از سال ۲۰۱۹ شروع شد، زمانی که چراغ های آزمایشگاه گروه پژوهشی این مطالعه برای یک شب خاموش شد.
به گزارش ایسنا به نقل از آی ای، بر اساس بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور (NUS)، آنها به طور تصادفی به کشفی دست یافته اند که میتواند برای همیشه یک انقلاب در نحوه تولید هیدروژن از آب ایجاد کند.
نور بعنوان یک محرک
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 می شود.
کشفی که آنها انجام دادند این بود که نور میتواند مکانیسم جدیدی را در یک ماده کاتالیزوری مورد استفاده در الکترولیز آب ایجاد کند.
جون مین می گوید: ما کشف کردیم که مرکز اکسایش و کاهش (Redox) برای واکنش الکتروکاتالیزوری که توسط نور تحریک می شود، بین فلز و اکسیژن جابه جا می شود و این موضوع تا حد زيادي بازدهی الکترولیز آب را بهبود می بخشد.
اُکسایش و کاهش نام کلی واکنش های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم ها می شوند. این فرآیند میتواند دربرگیرنده واکنش های ساده ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان یا واکنش های پیچیده ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش های چند مرحله ای باشد. با کمی اغماض علمی میتوان این فرآیند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست.
در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می کند (کاهش). در چنین واکنشی مولکولِ دهنده "الکترون اکسید شده" و مولکول گیرنده "الکترون کاهیده" می شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده است، ولی با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیقتر تعریف شد و کلیه واکنش هایی که طی آن ماده ای الکترون از دست می دهد اکسایش نامیده شدند. ضمن اینکه اتم اکسیژن می تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.
ولی در مورد مطالعه حاضر، همه چیز با قطع تصادفی برق چراغ های سقفی در آزمایشگاه جون مین تقریباً در سه سال پیش آغاز شد. در آن زمان ، چراغ های سقفی در آزمایشگاه پژوهشی جون مین بطور معمول به مدت ۲۴ ساعته روشن بودند. هنگامی که این چراغ ها 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 اُکسی هیدروکسید در آزمایش الکترولیز آب تأثیر گذاشته است و آنرا به شدت کاهش داده است.
جون مین می گوید: قبلاً هیچ کس متوجه این افت عملکرد نشده بود، زیرا هیچ کس تا به حال این آزمایش را در تاریکی انجام نداده بود. همچنین دانش ما می گفت که چنین ماده ای نباید به نور حساس باشد و نور نباید هیچ تاثیری بر خواص آن داشته باشد.
جون مین و گروهش می دانستند که به چیز مهمی برخورد کرده اند و آزمایش های مکرر و متعددی را برای آزمایش نظریه های جدید خود آغاز کردند و در نهایت به اطلاعات کافی برای انتشار مقاله دست یافتند.
اکنون این گروه پژوهشی در حال کار بر روی راه های جدیدی برای بهبود فرآیندهای صنعتی برای تولید هیدروژن، مانند شفاف سازی سلول های حاوی آب است تا نور را به فرآیند تجزیه آب (Water) وارد کند.
این کار باید انرژی کمتری در فرآیند الکترولیز نیاز داشته باشد و همچنین استفاده از نور طبیعی بسیار آسان تر است. بنابراین هیدروژن بیشتری را میتوان در مدت زمان کوتاه تری با مصرف انرژی کمتر تولید کرد.
کنار زدن محدودیت ها
جون مین اضافه کرد که بهترین راه برای توسعه علم، همواره یافتن راه های جدید برای انجام کارهایی که قبلا انجام شده، نیست، بلکه این است که دائماً مرزها را پشت سر بگذاریم.
او اظهار‌کرد: تنها از طریق انباشت دانش جدید است که می توانیم جامعه را به تدریج بهبود دهیم.
این کشف میتواند بر شرکت های مواد غذایی که از گاز هیدروژن برای تبدیل روغن ها و چربی های غیراشباع به روغن های اشباع استفاده می کنند و صنعت نفت که از این گاز برای حذف محتوای گوگرد از نفت استفاده می کنند، تأثیر بگذارد.
هیدروژن همچنین این پتانسیل را دارد که بعنوان یک سوخت سازگار با محیط زیست مورد استفاده قرار گیرد، زیرا هیچ آلاینده ای تولید نمی کند و ذخیره سازی آن آسان تر است و همچنین از باتری های خورشیدی قابل اطمینان تر است.
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
- 9
- 2
