طريقة حديثة لتوليد الهيدروجين بتكلفة رخيصة أكثر استدامة
كتبت : حبيبة جمال
تمكن باحثون من جامعة وارويك وجامعة مانشستر أخيرًا من حل اللغز الذي طال أمده حول سبب كون الجرافين أكثر نفاذية للبروتونات مما هو متوقع من الناحية النظرية.
تم تناوله في المجتمع لأن النظرية تنبأت بأن الأمر سيستغرق مليارات السنين حتى يتخلل البروتون عبر البنية البلورية الكثيفة للجرافين. وقد أدى هذا إلى اقتراحات مفادها أن البروتونات لا تتخلل من خلال الشبكة البلورية نفسها، ولكن من خلال الثقوب الموجودة في بنيتها.
الآن، يكتب في مجلة Nature، وهو تعاون بين جامعة وارويك، بقيادة البروفيسور باتريك أونوين، وجامعة مانشستر، بقيادة الدكتور مارسيلو لوزادا هيدالجو والبروفيسور أندريه جيم، عن قياسات عالية الدقة للبروتون، النقل عبر الجرافين وإثبات أن بلورات الجرافين المثالية قابلة للنفاذ للبروتونات، وبشكل غير متوقع، تتسارع البروتونات بقوة حول التجاعيد والتموجات النانوية في البلورة.
اقتصاد الهيدروجين
هذا الاكتشاف لديه القدرة على تسريع اقتصاد الهيدروجين، يمكن استبدال المحفزات والأغشية الباهظة الثمن، والتي لها في بعض الأحيان بصمة بيئية كبيرة، المستخدمة حاليًا لتوليد واستخدام الهيدروجين ببلورات ثنائية الأبعاد أكثر استدامة، مما يقلل من انبعاثات الكربون، ويساهم في تحقيق صافي الصفر من خلال توليد الهيدروجين الأخضر.
استخدم الفريق تقنية تُعرف باسم المسح المجهري للخلايا الكهروكيميائية (SECCM) لقياس تيارات البروتون الدقيقة التي تم جمعها من مناطق بحجم النانومتر، سمح هذا للباحثين بتصور التوزيع المكاني لتيارات البروتون عبر أغشية الجرافين.
ولو تم نقل البروتون عبر الثقوب كما توقع بعض العلماء، لكانت التيارات قد تركزت في نقاط قليلة معزولة، ولم يتم العثور على مثل هذه البقع المعزولة، مما يستبعد وجود ثقوب في أغشية الجرافين.
وعلق سيجون وهاب وإنريكو دافيدي، المؤلفان الرئيسيان للورقة البحثية: “لقد فوجئنا بعدم رؤية أي عيوب على الإطلاق في بلورات الجرافين. توفر نتائجنا دليلاً مجهريًا على أن الجرافين نافذ للبروتونات بشكل جوهري.
وبشكل غير متوقع، وُجد أن تيارات البروتون تتسارع حول التجاعيد ذات الحجم النانومتري في البلورات، وجد العلماء أن هذا ينشأ لأن التجاعيد تعمل على “تمديد” شبكة الجرافين بشكل فعال، مما يوفر مساحة أكبر للبروتونات لتتخلل عبر الشبكة البلورية الأصلية. هذه الملاحظة توفق الآن بين التجربة والنظرية.
تطور جديد
قال الدكتور لوزادا هيدالجو: “نحن نقوم بتمديد شبكة ذات مقياس ذري بشكل فعال ونلاحظ تيارًا أعلى من خلال المساحات بين الذرية الممتدة في هذه الشبكة – وهذا أمر محير للعقل حقًا”.
وعلق البروفيسور أونوين قائلاً: “تعرض هذه النتائج تقنية SECCM، التي تم تطويرها في مختبرنا، كتقنية قوية للحصول على رؤى مجهرية للواجهات الكهروكيميائية، مما يفتح إمكانيات مثيرة لتصميم أغشية وفواصل من الجيل التالي تتضمن البروتونات.”
المؤلفون متحمسون بشأن إمكانات هذا الاكتشاف لتمكين التقنيات الجديدة المعتمدة على الهيدروجين.
قال الدكتور لوزادا هيدالجو: “إن استغلال النشاط التحفيزي للتموجات والتجاعيد في البلورات ثنائية الأبعاد هو طريقة جديدة بشكل أساسي لتسريع نقل الأيونات والتفاعلات الكيميائية، وهذا يمكن أن يؤدي إلى تطوير محفزات منخفضة التكلفة للتكنولوجيات المتعلقة بالهيدروجين.
