ابتكار إنتاج الهيدروجين المستدام عن طريق التحليل الكهربائي لمياه البحر
تكلفة تصنيعه المنخفضة وفعاليته العالية تجعله خيارًا مقنعًا لتحليل مياه البحر بالكهرباء ليساهم بشكل كبير في تقدم إنتاج وقود الهيدروجين المستدام
التحليل الكهربائي لمياه البحر يحمل وعدًا هائلاً كوسيلة لإزالة الكربون من قطاع الطاقة العالمي، ومع ذلك، فإن التحديات مثل تآكل الأنود بواسطة أيونات الكلوريد، وتفاعلات أكسدة الكلوريد غير المرغوب فيها، والتكلفة المرتفعة للمحفزات أعاقت التحليل الكهربائي المباشر لمياه البحر.
ولمعالجة هذه القضايا، ظهرت مواد النيكل والحديد المدعمة ذاتيًا كمحفزات ثنائية الوظائف جذابة لكل من تطور الهيدروجين وتطور الأكسجين نظرًا لنشاطها الجوهري العالي وقدرتها على تحمل التكاليف.
وقد اكتسبت الهياكل الكربونية القائمة على الخشب الاهتمام باعتبارها ركيزة مثالية لهذه المواد النشطة نظرًا لطبيعتها المسامية الهرمية وموصليتها الممتازة.
في محاولة لتعزيز استقرار الأقطاب الكهربائية القائمة على NiFe في التحليل الكهربائي لمياه البحر، ابتكر البروفيسور هونغ تشن (من جامعة العلوم والتكنولوجيا الجنوبية في الصين)، والبروفيسور بينج جيه ني (من جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا)، والبروفيسور زونج بينج شاو (من جامعة كيرتن في أستراليا).
نُشر البحث في مجلة Science Bulletin.
من خلال إدخال التنغستن في المحفزات النشطة القائمة على NiFe، تم تحسين خصائص مقاومة التآكل واستقرار الأنودات بشكل كبير.
تم تطوير قطب كبريتيد NiFe المدعم بـ W-NiFeS/WC المبتكر لتحقيق التحليل الكهربائي الشامل لمياه البحر بكفاءة من خلال طريقة تحضير متخصصة تتضمن التشريب والكبريتيد.
وجد الفريق أن قطب W-NiFeS/WC يتميز ببنية مسامية هرمية ثلاثية الأبعاد مع قنوات دقيقة موجهة وجسيمات نانوية كثيفة من W-NiFeS ومسامية عالية، مما يعزز من توصيله الكهربائي وكفاءته.
تم تعزيز أداء القطب بشكل أكبر من خلال مراكزه النشطة المؤكسدة والاختزال الغنية وخصائصه التحفيزية الكهربائية الممتازة والاستقرار في ظروف مياه البحر القلوية.
نشاطًا واستقرارًا فائقين
أظهر القطب المبتكر نشاطًا واستقرارًا فائقين في كل من تفاعل تطور الأكسجين (OER) وتفاعل تطور الهيدروجين (HER) في مياه البحر القلوية، متفوقًا على المحفزات التقليدية.
يقول Zhijie Chen، المؤلف الأول: “إن التطور البنيوي في الموقع لـ W-NiFeS/WC في OER يولّد أنواع تنجستات وكبريتات مضادة للتآكل على سطح أوكسيدات Ni/Fe النشطة. كما أن NiFeOOH المزخرف بـ W-NiFeS المتطور ذاتيًا يمكنه تحفيز HER بكفاءة”.
تكلفة تصنيعه المنخفضة وفعاليته العالية تجعله خيارًا مقنعًا لتحليل مياه البحر بالكهرباء، مما يساهم بشكل كبير في تقدم إنتاج وقود الهيدروجين المستدام.
لا يؤكد هذا البحث على أهمية إعادة بناء البنية لتفاعلات تحويل الطاقة فحسب، بل يسلط الضوء أيضًا على إمكانات الهياكل الكربونية المشتقة من نفايات الخشب في تصميم الأجهزة الكهروكيميائية المتقدمة.
بالإضافة إلى ذلك، من خلال إعادة استخدام نفايات الخشب الوفيرة كمحفزات فعالة لتحليل مياه البحر بالكهرباء، يجسد هذا العمل نهج الاقتصاد الدائري، مما يقلل من توليد النفايات، ويعزز إنتاج الهيدروجين الأخضر المستدام من مياه البحر .
