طور فريق من الباحثين في جامعة خليفة محفزات مُصَمَّمَة لتحسين أداء التحفيز الكهربائي لتفاعلات توليد الأكسجين التي تجري أثناء عملية تفكيك الماء، ومن الممكن أن يؤدي هذا التقدم إلى تقليل الاعتماد على المواد النادرة ومرتفعة الثمن التي تُستَخدَم حاليًا في تكنولوجيات الإنتاج النظيف للأكسجين والهيدروجين.
ضم فريق الباحثين سليمان موسى والدكتور بلال مسعود بيرزاده وشامريز حسين طالب والدكتور دالافير أنجوم والدكتور محمد أبو الهيجاء والدكتور شارماركي محمد والدكتور إحسان الحق القرشي، حيث ابتكر الفريق محفزات ثنائية الذرات من النحاس والنيكل تدعمها قاعدة من الغرافين، وقد أظهرت هذه المحفزات المُبتَكَرَة خواصًا كهروكيميائية واعدة ومهمة لتحليل جزيئات الماء بكفاءة إلى أكسجين وهيدروجين أثناء تفاعلات توليد الأكسجين، وتعمل قاعدة الغرافين على حفظ توازن الذرات الفلزية وتحسين مستوى نشاطها من خلال تسهيل حركة إلكتروناتها.
نشر الفريق نتائج البحث الذي أجراه في مركز كيمياء المواد المتقدمة في جامعة خليفة، في مجلة "نانو إينرجي" الهولندية، والتي تندرج في قائمة أفضل 1% من المجلات العلمية في مجال تكنولوجيا النانو.
من الجدير بالذكر أن الفريق قد أكّد نجاح عملية تشتت جزيئات النحاس والنيكل عبر سطح الغرافين، وذلك باستخدام تقنيات توصيف متطورة كحيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح، وأظهرت نتائج الفحوص الكهروكيميائية أن المحفزات المدعومة بأكسيد الغرافين المخفف حقّقت أدنى مستوى ممكن من الجهد الزائد، وهو مقياس لكفاءة الطاقة في عمليات التحفيز، وأعلى مستوى ممكن من كثافة التيار الكهربائي عند مستويات أكثر انخفاضًا من الجهد مقارنة مع العينات الأخرى، حيث يشير ذلك إلى تفوّق أداءها التحفيزي وإلى التأثير المتناغم الذي يتميّز به مزيج النحاس والنيكل، الأمر الذي يخفّض من حدة العوائق المتعلقة بالطاقة في عملية إنتاج الأكسجين.
يمكن أن تُحدِث هذه المحفزات المكونة من النحاس والنيكل والغرافين ثورة في المجالات المعتمدة على الأكسجين عالي النقاء، كالرعاية الصحية والفضاء والطيران والهندسة البيئية، من خلال خفض كُلفة إنتاج الأكسجين وزيادة كفاءته، وقد ساعدت المعلومات الإضافية التي وفرتها حسابات نظرية الكثافة الوظيفية في فهم التفاعل بين ذرات النحاس والنيكل ودعم الغرافين على المستوى الذري، كما أكدت هذه النماذج الحسابية صحة النتائج التجريبية وأتاحت تفسيرًا نظريًا للزيادة الملحوظة في الكفاءة التحفيزية، حيث يسهل التفاعل الإلكتروني الفريد بين الذرات الثنائية حدوث عمليات تحفيزية أكثر كفاءة مقارنة بالتكوينات الذرية الفردية.
وفي الوقت الذي يواصل فيه العالم سعيه لإيجاد طرق من شأنها تقليل اعتماده على الوقود الأحفوري وخفض الانبعاثات الكربونية، تُعَد آثار تكنولوجيات الطاقة المستدامة وخيمة بشكل خاص، نظرًا إلى الإمكانيات التي تتميّز بها هذه المحفزات فيما يتعلق بتسهيل تبني مناهج أكثر أمنًا على البيئة في عملية إنتاج الأكسجين والهيدروجين.
سيد صالح
أخصائية ترجمة وتعريب