تکنیک انقلابی برای تولید هیدروژن با کارایی بیشتر از آب

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ملی سنگاپور متشکل از دانشیار ژو جون مین (در مرکز)، دکتر وینسنت لی وی سیانگ (سمت چپ) و آقای ژونگ هائوین (سمت چپ)، دریافتند که نور می تواند مکانیسم الکتروکاتالیستی جدیدی را برای الکترولیز آب ایجاد کند. . این کشف پیشگامانه می تواند مقرون به صرفه بودن هیدروژن به عنوان منبع انرژی پاک را بهبود بخشد. اعتبار: دانشگاه ملی سنگاپور

تیمی از محققان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) یک کشف علمی بی‌نظیر انجام داده‌اند که می‌تواند به طور بالقوه روش تجزیه آب برای آزاد کردن گاز هیدروژن را متحول کند – عنصری که برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی حیاتی است.

این تیم به رهبری دانشیار ژو جون مین، دکتر وانگ شیائوپنگ و دکتر وینسنت لی وی سیانگ از دپارتمان علوم و مهندسی مواد تحت کالج طراحی و مهندسی NUS (NUS CDE)، دریافتند که نور می‌تواند باعث ایجاد یک جریان جدید شود. مکانیزم در یک ماده کاتالیزوری که به طور گسترده در الکترولیز آب استفاده می شود، جایی که آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. نتیجه یک روش کارآمدتر انرژی برای به دست آوردن هیدروژن است.

این پیشرفت با همکاری دکتر شی شیبو از موسسه پایداری برای مواد شیمیایی، انرژی و محیط زیست تحت آژانس علم، فناوری و تحقیقات (A*STAR) به دست آمد. دکتر یو ژیگن از موسسه محاسبات با عملکرد بالا تحت A*STAR. و دکتر وانگ هائو از گروه مهندسی مکانیک تحت NUS CDE.

Assoc گفت: “ما کشف کردیم که مرکز ردوکس برای واکنش الکترو کاتالیزوری بین فلز و اکسیژن سوئیچ می شود که توسط نور تحریک می شود.” این امر تا حد زیادی راندمان الکترولیز آب را بهبود می بخشد.یافته جدید به طور بالقوه می تواند روش های صنعتی جدید و موثرتری را برای تولید هیدروژن و قرار دادن این منبع سوخت سازگار با محیط زیست در دسترس افراد و صنایع بیشتری بگشاید.

دانشیار پروفسور زو و تیمش جزئیات کشف خود را در یک مقاله تحقیقاتی منتشر شده در مجله Nature در 26 اکتبر 2022 شرح دادند.

پیشرفت تصادفی

در شرایط عادی، دانشیار. پروفسور زو و تیمش ممکن است نتوانسته باشند به چنین کشف پیشگامانه ای برسند. اما یک قطع برق تصادفی چراغ های سقفی در آزمایشگاه او تقریباً سه سال پیش به آنها اجازه داد تا چیزی را مشاهده کنند که جامعه علمی جهانی هنوز موفق به انجام آن نشده است.

در آن زمان، چراغ های سقفی در Assoc. آزمایشگاه تحقیقاتی پروفسور شو معمولاً به مدت 24 ساعت روشن بود. یک شب در سال 2019، چراغ ها به دلیل قطع برق خاموش شدند. هنگامی که محققان روز بعد بازگشتند، دریافتند که عملکرد یک ماده مبتنی بر اکسی هیدروکسید نیکل در آزمایش الکترولیز آب، که در تاریکی ادامه داشت، به شدت کاهش یافته است.

Assoc گفت: “این افت در عملکرد، هیچ کس تا به حال متوجه آن نشده است، زیرا هیچ کس هرگز آزمایش را در تاریکی انجام نداده است.” پروفسور شو. همچنین می گوید که چنین ماده ای نباید به نور حساس باشد، نور نباید تأثیری بر خواص آن داشته باشد.

مکانیسم الکترو کاتالیزوری در الکترولیز آب یک موضوع بسیار مورد تحقیق است، در حالی که مواد مبتنی بر نیکل یک ماده کاتالیزوری بسیار رایج است. از این رو، برای اثبات اینکه آنها در آستانه کشف چیزی پیشگامانه هستند. پروفسور ژو و تیمش آزمایش های مکرر متعددی را آغاز کردند. آنها در مکانیک پشت چنین پدیده ای عمیق تر کاوش کردند. آنها حتی آزمایش را در خارج از سنگاپور تکرار کردند تا اطمینان حاصل کنند که یافته های آنها سازگار است.سه سال بعد، پروفسور شو و تیمش سرانجام توانستند یافته های خود را در یک مقاله به صورت عمومی به اشتراک بگذارند.

مراحل بعدی

با یافته های خود، این تیم اکنون بر روی طراحی روشی جدید برای بهبود فرآیندهای صنعتی برای تولید هیدروژن کار می کند. دانشیار پروفسور Xue پیشنهاد می کند که سلول های حاوی آب شفاف باشند تا نور را به فرآیند تقسیم آب وارد کنند.

دانشیار گفت: “این باید انرژی کمتری در فرآیند الکترولیز نیاز داشته باشد و استفاده از نور طبیعی بسیار آسان تر است. هیدروژن بیشتری را می توان در مدت زمان کوتاه تری با مصرف انرژی کمتر تولید کرد.

شرکت های مواد غذایی از گاز هیدروژن برای تبدیل روغن ها و چربی های غیر اشباع به روغن های اشباع شده استفاده می کنند که به ما مارگارین و کره می دهد. هیدروژن همچنین برای جوش دادن فلزات به یکدیگر استفاده می شود، زیرا می تواند دمای بالای 4000 درجه سانتی گراد ایجاد کند. صنعت نفت از این گاز برای حذف محتوای گوگرد از نفت استفاده می کند.

علاوه بر این، هیدروژن می تواند به طور بالقوه به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد. سوخت هیدروژنی که مدت‌ها به عنوان یک سوخت پایدار معرفی می‌شد، در اثر واکنش با اکسیژن، هیچ آلاینده‌ای تولید نمی‌کند – هیچ احتراق لازم نیست، و آن را به یک منبع سوخت پاک‌تر و سبزتر تبدیل می‌کند. همچنین ذخیره سازی آن آسان تر است و از باتری های خورشیدی قابل اطمینان تر است.

phys.org