توسعه هتروساختارهای نوین برای ارتقای کارایی و پایداری شکافت آب
گروه تحقیقاتی شیمی دانشگاه کردستان به سرپرستی دکتر عبدالله سلیمی و با همکاری پژوهشگرانی از University of Jyväskylä فنلاند، در پژوهشی مشترک موفق به طراحی و ساخت نسل تازهای از هتروساختارهای پیشرفته برای کاربرد در فرایند شکافت آب شدهاند؛ دستاوردی که میتواند افقهای تازهای را پیش روی توسعه فناوریهای تولید هیدروژن سبز بگشاید. حاصل این پژوهش در ژورنال معتبر Small از انتشارات Wiley منتشر شده است؛ نشریهای در حوزه مواد پیشرفته، نانوساختارها و فناوریهای نوظهور که انتشار این مقاله در آن، نشاندهنده اهمیت علمی و نوآورانه بودن نتایج بهدستآمده است. این مقاله در نشانی زیر در دسترس است.
این پژوهش با تمرکز بر یکی از چالشهای اساسی حوزه انرژیهای پاک، یعنی توسعه الکتروکاتالیستهایی کارآمد، پایدار و در عین حال مقرونبهصرفه برای شکافت کامل آب، انجام شده است. تولید هیدروژن سبز بهعنوان یکی از ارکان اصلی گذار جهانی به سوی انرژیهای کمکربن، به مواد و سامانههایی نیاز دارد که بتوانند با حداقل اتلاف انرژی، بیشترین بازده را در واکنشهای الکتروشیمیایی فراهم آورند. در این میان، طراحی کاتالیستهایی که همزمان برای دو نیمواکنش اصلی شکافت آب یعنی واکنش تکامل هیدروژن و واکنش تکامل اکسیژن عملکرد مناسبی داشته باشند، از جایگاهی ویژه در پژوهشهای روز برخوردار است. در همین راستا، تیم تحقیقاتی ، با بهرهگیری از یک مسیر سنتزی ساده و هدفمند، موفق به توسعه هتروساختارهای سلسلهمراتبی مبتنی بر هیدروکسیدهای دولایهای چندفلزی شدهاند؛ ساختارهایی که با مهندسی دقیق ترکیب و ریزساختار، برای بهبود رفتار (فوتو)الکتروکاتالیستی در محیط قلیایی طراحی شدهاند. بر اساس نتایج این مطالعه، اصلاح ماتریس با مولیبدن و بهرهگیری از ویژگیهای منحصربهفرد مولیبدن سولفید، نهتنها موجب افزایش چشمگیر تعداد سایتهای فعال شده، بلکه انتقال الکترون را نیز تسهیل کرده و زمینه را برای بهبود سینتیک واکنشها فراهم آورده است. این تغییرات در نهایت به ارتقای همزمان کارایی و پایداری سامانه انجامیده و نشان داده است که مهندسی ساختار در مقیاس نانو میتواند نقش تعیینکنندهای در عملکرد نهایی کاتالیستها ایفا کند.
یکی از وجوه برجسته این پژوهش، توجه همزمان به کارایی بالا و پایداری در شرایط نزدیک به کاربردهای صنعتی است؛ مسئلهای که در بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی کمتر بهصورت جامع مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج گزارششده از سوی پژوهشگران نشان میدهد که مواد توسعهیافته، افزون بر عملکرد مطلوب در فرایند شکافت آب، از دوام ساختاری و الکتروشیمیایی قابل توجهی نیز برخوردارند؛ ویژگی مهمی که میتواند ارزش کاربردی این دستاورد را برای سامانههای انرژی آینده افزایش دهد.
اهمیت این پژوهش تنها به دستیابی به یک ماده جدید محدود نمیشود، بلکه از منظر راهبرد طراحی نیز حائز توجه است. ارائه یک روش سنتز نسبتاً ساده برای ساخت هتروساختارهایی با عملکرد بالا، میتواند مسیر توسعه خانوادهای از مواد پیشرفته را برای کاربرد در فناوریهای نوین انرژی هموار سازد. در شرایطی که نیاز جهانی به راهکارهای پایدار برای ذخیرهسازی و تبدیل انرژی روزبهروز بیشتر میشود، چنین مطالعاتی میتوانند سهمی تعیینکننده در نزدیکتر کردن دستاوردهای بنیادی به کاربردهای صنعتی و فناورانه داشته باشند. انتشار این مقاله در ژورنال Small، علاوه بر آنکه بیانگر کیفیت بالای علمی پژوهش انجامشده است، جلوهای از ظرفیتهای روبهرشد پژوهشی در دانشگاه کردستان و نیز اهمیت همکاریهای بینالمللی در پیشبرد مرزهای دانش بهشمار میرود. این دستاورد نشان میدهد که همافزایی میان توان علمی پژوهشگران ایرانی و تعاملات علمی برونمرزی میتواند به تولید دانش در سطحی منجر شود که در معتبرترین نشریات بینالمللی بازتاب یابد. بیتردید، استمرار چنین همکاریهایی میتواند زمینهساز توسعه بیشتر پژوهشهای راهبردی در حوزه مواد پیشرفته، نانوکاتالیستها و انرژیهای پاک باشد.
یکی از وجوه برجسته این پژوهش، توجه همزمان به کارایی بالا و پایداری در شرایط نزدیک به کاربردهای صنعتی است؛ مسئلهای که در بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی کمتر بهصورت جامع مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج گزارششده از سوی پژوهشگران نشان میدهد که مواد توسعهیافته، افزون بر عملکرد مطلوب در فرایند شکافت آب، از دوام ساختاری و الکتروشیمیایی قابل توجهی نیز برخوردارند؛ ویژگی مهمی که میتواند ارزش کاربردی این دستاورد را برای سامانههای انرژی آینده افزایش دهد.
اهمیت این پژوهش تنها به دستیابی به یک ماده جدید محدود نمیشود، بلکه از منظر راهبرد طراحی نیز حائز توجه است. ارائه یک روش سنتز نسبتاً ساده برای ساخت هتروساختارهایی با عملکرد بالا، میتواند مسیر توسعه خانوادهای از مواد پیشرفته را برای کاربرد در فناوریهای نوین انرژی هموار سازد. در شرایطی که نیاز جهانی به راهکارهای پایدار برای ذخیرهسازی و تبدیل انرژی روزبهروز بیشتر میشود، چنین مطالعاتی میتوانند سهمی تعیینکننده در نزدیکتر کردن دستاوردهای بنیادی به کاربردهای صنعتی و فناورانه داشته باشند. انتشار این مقاله در ژورنال Small، علاوه بر آنکه بیانگر کیفیت بالای علمی پژوهش انجامشده است، جلوهای از ظرفیتهای روبهرشد پژوهشی در دانشگاه کردستان و نیز اهمیت همکاریهای بینالمللی در پیشبرد مرزهای دانش بهشمار میرود. این دستاورد نشان میدهد که همافزایی میان توان علمی پژوهشگران ایرانی و تعاملات علمی برونمرزی میتواند به تولید دانش در سطحی منجر شود که در معتبرترین نشریات بینالمللی بازتاب یابد. بیتردید، استمرار چنین همکاریهایی میتواند زمینهساز توسعه بیشتر پژوهشهای راهبردی در حوزه مواد پیشرفته، نانوکاتالیستها و انرژیهای پاک باشد.
