تعتبر مياه البحر واحدة من أكثر الموارد وفرة على وجه الأرض، فهي واعدة كمصدر للهيدروجين - المرغوب فيه كمصدر للطاقة النظيفة - ومياه الشرب في المناخات القاحلة. ولكن حتى مع زيادة فعالية تقنيات تقسيم المياه القادرة على إنتاج الهيدروجين من المياه العذبة، ظلت مياه البحر تمثل تحديًا.

أعلن باحثون من جامعة هيوستن عن تحقيق تقدم كبير في محفز تفاعل تطور الأكسجين الجديد، والذي حقق، جنبًا إلى جنب مع محفز تفاعل تطور الهيدروجين، كثافات تيار قادرة على دعم المتطلبات الصناعية بينما يتطلب جهدًا منخفضًا نسبيًا لبدء التحليل الكهربائي لمياه البحر.

ويقول الباحثون إن الجهاز، المكون من نيتريدات معدنية غير نبيلة وغير مكلفة، تمكن من تجنب العديد من العقبات التي حدت من المحاولات السابقة لإنتاج الهيدروجين أو مياه الشرب الآمنة من مياه البحر بتكلفة زهيدة. تم وصف العمل في Nature Communications.

قال زيفنغ رين، مدير مركز تكساس للموصلية الفائقة في جامعة هيوستن والمؤلف المقابل للورقة البحثية، إن العائق الرئيسي يتمثل في عدم وجود محفز يمكنه تقسيم مياه البحر بشكل فعال لإنتاج الهيدروجين دون إطلاق أيونات حرة من الصوديوم والكلور والكالسيوم. وغيرها من مكونات مياه البحر، والتي بمجرد تحريرها يمكن أن تستقر على المحفز وتجعله غير نشط. تعتبر أيونات الكلور مشكلة بشكل خاص، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الكلور يتطلب جهدًا كهربائيًا أعلى قليلاً لتحريره مما هو مطلوب لتحرير الهيدروجين.

اختبر الباحثون المحفزات بمياه البحر المأخوذة من خليج جالفيستون قبالة ساحل تكساس. قال رين، أستاذ كرسي الفيزياء بجامعة هيوستن، إن هذا النظام سيعمل أيضًا مع مياه الصرف الصحي، مما يوفر مصدرًا آخر للهيدروجين من الماء الذي لا يمكن استخدامه بدون معالجة مكلفة.

وقال: "يستخدم معظم الناس المياه العذبة النظيفة لإنتاج الهيدروجين عن طريق تجزئة الماء". "لكن توافر المياه العذبة النظيفة محدود."

ولمواجهة التحديات، قام الباحثون بتصميم وتوليف محفز تفاعل تطور الأكسجين ثلاثي الأبعاد باستخدام نيتريد المعدن الانتقالي، مع جسيمات نانوية مصنوعة من مركب نيتريد الحديد والنيكل وأقطاب نانوية من نيتريد النيكل والموليبدينوم على رغوة النيكل المسامية.

وقال المؤلف الأول لوه يو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة هيوستن والمنتسب أيضًا إلى جامعة وسط الصين العادية، إن محفز تفاعل تطور الأكسجين الجديد تم إقرانه مع محفز تفاعل تطور الهيدروجين الذي تم الإبلاغ عنه مسبقًا وهو عبارة عن نانوودات نيكل وموليبدينوم ونيتريد.

تم دمج المحفزات في محلل كهربائي قلوي ثنائي القطب، والذي يمكن تشغيله بواسطة الحرارة المهدرة عبر جهاز كهروحراري أو بواسطة بطارية AA.

تراوحت جهود الخلية المطلوبة لإنتاج كثافة تيار تبلغ 100 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع (مقياس كثافة التيار، أو mA cm-2) من 1.564 فولت إلى 1.581 فولت.

وقال يو إن الجهد كبير، لأنه بينما يلزم جهد لا يقل عن 1.23 فولت لإنتاج الهيدروجين، يتم إنتاج الكلور بجهد 1.73 فولت، مما يعني أن الجهاز يجب أن يكون قادرًا على إنتاج مستويات ذات معنى من كثافة التيار بجهد كهربائي. بين المستويين.

بالإضافة إلى رين ويو، يضم الباحثون في هذه الورقة تشينغ تشو، وشاوي سونغ، وبريان ماكلهيني، وديجي وانغ، وتشون تشينغ وو، وتشاوجون تشين، وجيمينغ باو، وشو تشن، وجميعهم من جامعة هيوستن. ويينغ يو من جامعة وسط الصين العادية.

احصل على آخر أخبار العلوم من خلال النشرات الإخبارية المجانية عبر البريد الإلكتروني لـ ScienceDaily، والتي يتم تحديثها يوميًا وأسبوعيًا. أو قم بعرض ملفات الأخبار المحدثة كل ساعة في قارئ RSS الخاص بك:

أخبرنا برأيك في ScienceDaily - فنحن نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية. هل لديك أي مشاكل في استخدام الموقع؟ أسئلة؟