تولید هیدروژن از آب دریا

13 سپتامبر 2022 – توسط کالین مک فرسون، منبع نور کانادایی

اعتبار: ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c03877

دکتر مارتا سروتی در تحقیقات خود بر روی مهندسی بافت استخوان، سال‌ها با گرافن کار کرده است، یک ورقه منفرد از اتم‌های کربن با خواص باورنکردنی – هدایت الکتریکی و توانایی تحمل وزن بسیار زیاد. اکنون، تلاش او برای بهبود کیفیت آن، راه حلی ممکن برای یکی از چالش های تولید هیدروژن از آب دریا را باز کرده است.

Cerruti، استاد مهندسی مواد در دانشگاه مک گیل، توضیح داد که اگرچه گرافن از نظر ساختاری سالم است، “یک صفحه اتم چیزی نیست که بتوان به راحتی با آن کار کرد.” در واقع، انباشتن ورق ها اساساً منجر به سرب مدادی می شود.

در جست‌وجوی راهی برای ساختن ساختاری آسان، دکتر Cerruti. دانشجوی Yiwen Chen گرافن را با اکسیژن در یک سوسپانسیون با آب ترکیب کرد تا اکسید گرافن کاهش یافته (GO) را ایجاد کند، یک ساختار متخلخل، سه بعدی و رسانای الکتریکی. Cerruti اصلاح دیگری را پیشنهاد کرد، با تکه‌های GO روی دیواره‌های منافذ انباشته شده است، “که به ما امکان می‌دهد از یکی دیگر از ویژگی‌های جالب GO استفاده کنیم – غشایی ایجاد می‌کند که اجازه عبور آب را می‌دهد اما مولکول‌های دیگر را ندارد.”

گابریل کاپیلی، یک دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاهش، وقتی تیمش را برای پیشنهادهایی در مورد بهترین روش آزمایش ساختار جدید بررسی کرد، الکترولیز آب دریا را پیشنهاد کرد، فرآیندی مشابه فرآیندهایی که او در دوران دکترا روی آنها کار می کرد. به نظر می رسد “ساختار انتخابی” جدید GO پتانسیل بهبود فرآیند تولید هیدروژن از اقیانوس را دارد. یافته های این تیم اخیرا در مجله ACS Nano منتشر شده است.

Cerruti توضیح داد که در الکترولیز معمولی، یون‌های کلرید در آب دریا به الکترود نفوذ می‌کنند و با کاتالیزور تعامل می‌کنند و یون‌های هیپوکلریت را ایجاد می‌کنند که یک محصول جانبی ناخواسته است که کاتالیزور را مسموم می‌کند. چن با استفاده از تصویربرداری کنتراست فاز اشعه ایکس در منبع نور کانادایی در دانشگاه ساسکاچوان، تایید کرد که ساختار GO ساختار مناسبی دارد، با منافذ بسته GO که نانوذرات اکسید کبالت را به عنوان کاتالیزور محصور کرده است. “ما آنچه را که می خواستیم ببینیم دیدیم.” آزمایشات الکتروشیمیایی انجام شده در آزمایشگاه همکار توماس اسکوپک (مهندسی برق، مک گیل) تایید کرد که ساختار همانطور که انتظار می رفت برای جلوگیری از یون های ناخواسته کار می کند.

“مردم چیزهای مختلفی را برای جلوگیری از کلرید امتحان کردند، اما هیچ کس به این ایده فکر نکرد که با استفاده از GO، خود الکترود و کل معماری آن می تواند از اکسیداسیون کلرید که هیپوکلریت تولید می کند جلوگیری کند.”

او گفت که چالش بعدی افزایش مقیاس برای تولید انبوه غشای GO است. اما وقتی این مشکل حل شد، “امکانات زیادی وجود دارد. این می تواند برای واکنش های دیگر استفاده شود که در آن شما مداخله مولکول های خاصی را نمی خواهید. همه اینها به تخیل شما بستگی دارد.”