۲۲ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: پرابات رانجان میشرا-محققان با موفقیت هشت کاتالیزور تک اتمی با چگالی بالا را سنتز کردند. (تصویر نمایشی)adventtr/Fehroni
محققان کره جنوبی یک روش حیاتی توسعه داده‌اند که می‌تواند راندمان تولید هیدروژن را شش برابر افزایش دهد. این فناوری پلتفرم جدید که توسط محققان موسسه پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) توسعه یافته است، از یک فلاش نور ۰.۰۲ ثانیه‌ای برای تولید دمای فوق العاده بالای ۵۴۳۲ درجه فارنهایت (۳۰۰۰ درجه سانتیگراد) استفاده می‌کند.
آنها تأکید کردند که سنتز سریع و کم‌مصرف کاتالیزورهای با کارایی بالا، مانعی اساسی در پیشرفت فناوری‌های انرژی پاک مانند تولید هیدروژن است.
تیم تحقیقاتی ادعا کرد که این فرآیند نوآورانه، مصرف انرژی را در مقایسه با روش‌های مرسوم بیش از هزار برابر کاهش می‌دهد و در عین حال راندمان تولید هیدروژن را تا شش برابر افزایش می‌دهد و گامی مهم به سوی تجاری‌سازی است.محققان تأکید کردند که با استفاده از انرژی فوتوترمال شدید، پیش‌سازهای نانوالماس (ND) از نظر شیمیایی بی‌اثر را به نانوپیازهای کربنی (CNO) بسیار رسانا و کاتالیزوری فعال تبدیل کرده‌اند.
پروفسور ایل-دو کیم از گروه علوم و مهندسی مواد گفت: “ما برای اولین بار یک فرآیند آنیلینگ فوتوترمال با تماس مستقیم ایجاد کرده‌ایم که در کمتر از 0.02 ثانیه به 3000 درجه سانتیگراد (5432 درجه فارنهایت) می‌رسد. این پلتفرم سنتز فوق سریع و عامل‌دار کردن تک اتمی، مصرف انرژی را در مقایسه با روش‌های سنتی بیش از هزار برابر کاهش می‌دهد. ما انتظار داریم که تجاری‌سازی فناوری‌ها در انرژی هیدروژن، حسگری گاز و کاتالیز محیطی را تسریع کند.»
به طور شگفت‌انگیزتر، این روش به طور همزمان سطح CNO های تازه تشکیل شده را با اتم‌های تکی عامل‌دار می‌کند. طبق یک بیانیه مطبوعاتی، این فرآیند یکپارچه و تک مرحله‌ای، ماده پایه را بازسازی کرده و عملکرد کاتالیزوری را در یک پالس نوری واحد جاسازی می‌کند که نشان‌دهنده یک نوآوری قابل توجه در سنتز کاتالیزور است.
نانو پیازهای کربنی (CNO) که به طور گسترده در کاربردهای انرژی و محیط زیست استفاده می‌شوند، به دلیل انحنای سطح در مقیاس نانومتری و پتانسیل خود برای عامل‌دار کردن همه کاره شناخته شده‌اند.اگرچه، CNO ها با چالش‌هایی از جمله سنتز پرانرژی و عملیات تکمیلی زمان‌بر روبرو هستند.
بنابراین، محققان یک پلتفرم آنیلینگ تماس مستقیم (DCA) را معرفی کردند که در مدت زمان ۱.۴ میلی‌ثانیه (۲.۲ × ۱۰۶ کلوین بر ثانیه) به دمای ۳۰۳۰ کلوین می‌رسد و از عوامل فتوترمال سیاه‌رنگ برای سنتز CNO در مقیاس میلی‌ثانیه در هوای محیط استفاده می‌کند.
علاوه بر این، ما عامل‌دار کردن همزمان کاتالیزور تک اتمی (SACs) درجا را با هشت عنصر فلزی مختلف روی سطح خارجی CNOها نشان می‌دهیم. یک مطالعه موردی روی CNOهای عامل‌دار شده با Pt SAC، عملکرد واکنش تکامل هیدروژن فوق‌العاده‌ای را نشان می‌دهد. این گفته محققان در مطالعه‌ای است که در ACS Nano منتشر شده است.
این تیم تحقیقاتی تأکید کرد که پلتفرم DCA جایگزین امیدوارکننده‌ای برای شرایط سخت مرسوم برای سنتز الکتروکاتالیست SAC/CNO فراهم می‌کند و امکان تولید فوق سریع و آسان کاتالیزورهای عامل‌دار شده سطحی را با راندمان انرژی استثنایی و مزایای مقیاس‌پذیری برای کاربردهای پیشرفته انرژی فراهم می‌کند.
CNOها، که از پوسته‌های گرافیتی متحدالمرکز تشکیل شده‌اند، به دلیل رسانایی بالا، مساحت سطح ویژه بزرگ و پایداری شیمیایی، پایه‌های کاتالیزور ایده‌آلی هستند.با این حال، سنتز سنتی CNO به دلیل پردازش پیچیده و چند مرحله‌ای مورد نیاز برای بارگذاری کاتالیزورهای فلزی و همچنین اتکا به عملیات حرارتی پرانرژی و زمان‌بر که مقیاس‌پذیری را محدود می‌کند، با مشکل مواجه شده است.
محققان همچنین تأکید کردند که آنها با موفقیت هشت کاتالیزور تک اتمی (SAC) با چگالی بالا، از جمله پلاتین (Pt)، کبالت (Co) و نیکل (Ni) را سنتز کرده‌اند.
Pt-CNO حاصل، افزایش شش برابری در راندمان تکامل هیدروژن در مقایسه با کاتالیزورهای معمولی را نشان داد و با مقادیر بسیار کمتری از فلزات گرانبها به عملکرد بالا دست یافت. این امر پتانسیل این فناوری را برای تولید هیدروژن مقیاس‌پذیر و پایدار برجسته می‌کند.
