ساهموا في تمهيد الطريق أمام تصميم محفزات ضوئية جديدة بالاستعانة بجسيمات الذهب النانوية المدمجة في مادة حديثة
باحثون من جامعة خليفة وآخرون محليون ودوليون يساهمون في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة

أدت انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون المفرطة والتي سبّبها الإنسان إلى ظهور مشكلة الاحتباس الحراري العالمي. وبما أن ثاني أكسيد الكربون هو غاز غير سام وغير مكلف من الناحية الاقتصادية ومتوفر بكثرة في البيئة المحيطة ومصدر قابل لإعادة الاستخدام، يمكن الاستفادة منه وتحويله لمواد عالية الفعالية وذات قيمة كالبلاستيك والدهانات والمذيبات وخلايا الوقود، وبذلك فهو مصدر مجدي اقتصاديًا.

وفي هذا الإطار، قام فريق بحثي من جامعة خليفة وجامعة نيويورك في أبوظبي والمعهد الوطني للكيمياء في سلوفينيا بتطوير هيكل جديد يتكون من جسيمات الذهب النانوية المدمجة في مادة البوليثياكاليكسارين بهدف تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى مواد يمكن الاستفادة منها باستخدام أشعة الضوء الطبيعية.

وأشرف على باحثي جامعة خليفة الدكتور دينيش شيتي، الأستاذ المساعد في الكيمياء وعضو في مركز الفصل والتحفيز في الجامعة، حيث قام بتطوير مادة فعالة تساهم في الحد من الآثار البيئية السلبية المترتبة على انبعاثات الكربون في الغلاف الجوي وتم نشر نتائج الدراسة في المجلة العلمية الدولية "أبلايد متيريالز آند إنترفيسز" وعرضها على الغلاف.

يوجد هناك العديد من العمليات اللازمة لتحويل انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية صناعية، كما تتوفر المحفزات الضوئية التي تعتبر أيضًا طريقة واعدة مستقبلًا في مجال الحد من تلك الانبعاثات. ولكن، ما سبب الاعتماد على التمثيل الضوئي؟ تقوم النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مواد كربوهيدراتية في الظروف المحيطة باستخدام أشعة الشمس التي تعد مصدر طاقة متجدد وآمن على البيئة.

قال الدكتور دينيش: "قمنا باستخدام العديد من أصناف المواد كمعززات فعالة للجسيمات النانوية المعدنية بهدف إنتاج محفزات مستقرة مستدامة وغير متجانسة، أي لا يمكنها أن تشكل الكتل ويمكن إعادة تدويرها، لكن لم ينجح استخدام هذه المعززات لأنها تتمتع بالكثير من العيوب التي تُعزى إلى الكربون النشط والذي أدى بدوره إلى تشكل الكتل عند درجات حرارة مرتفعة".

وأضاف: "تحتوي الهياكل المعدنية العضوية على روابط معدنية تحد من التطبيقات العملية. فمثلًا، تتكون مادة الزيوليت من مسام دقيقة قادرة على التحكم بتطور الجسيم النانوي المعدني بشكل فعال ولكنها في نفس الوقت تمنع وصول المتفاعلات. أما البوليمرات المسامية العضوية فهي فعالة على المستوى الكيميائي وذات كثافة هيكلية منخفضة وحجم مسامي كبير يساهم في تسهيل عملية انتقال المتفاعلات بكميات كبيرة، كما يمكن تعديل البوليمرات العضوية المسامية بطريقة تمكنها من الحصول على روابط قوية من خلال الجسيمات النانوية، الأمر الذي سينكعس على فعالية الهيكل بكامله".

وأجمع الفريق البحثي على دراسة جسيمات الذهب النانوية نظرًا لفعاليتها في امتصاص الضوء، كما تم استخدامها في مجال الحد من ثاني أكسيد الكربون بالمحفزات الضوئية ومواد أخرى.

وقال الدكتور دينيش: "لأن تجميع الضوء هو أمر حتمي ومهم كخطوة أولى في عملية التمثيل الضوئي، نركز على استكشاف خصائص الجسيمات النانوية المعدنية والبوليمرات المسامية. وفي هذا الصدد، قام الفريق البحثي بتطوير بوليمر مسامي من مادة الثياكاليكسرين-4 للاستعانة به في عملية تثبيت جسيمات الذهب النانوية".

تعتبر مواد الكاليكسرين جزيئات عضوية على شكل وعاء تتكون من تجاويف غير مائية، وتتيح هذه الميزة الفريدة من نوعها خاصية كيمياء ضيف-مضيف التي تلعب فيها مواد الكاليكسرين دور المضيف للجزيئات الصغيرة أو الأيونات، كما يساهم تغيير كيمياء السطح في تمكين مواد الكاليكسرين من اتخاذ وظائف وإمكانات وخصائص جديدة.

يذكر أن جميع البحوث التي ركزت على المواد المعززة للبوليمرات المسامية المعدنية تشير إلى فعاليتها في التحفيز، فمواد الكاليكسارين مثلًا تخدم كنواة تتجمع عليها جسيمات الذهب النانوية  وتتميز بقابلية إعادة تدويرها وإمكانية الاستفادة من أنظمة بوليمرات جسيمات الذهب النانوية في تطبيقات التحفيز الضوئي.