به تازگی محققان مقاله‌ای در مجله Nano Research Energy منتشر کردند که در آن به بررسی کاتالیزورهای الکتروشیمیایی مبتنی بر کربن پرداختند. آن‌ها موانع موجود در مسیر تجاری‌سازی و استفاده صنعتی از این ساختارها را مطالعه کردند.
وضعیت کاتالیزورهای الکتروشیمیایی مبتنی بر کربن در مسیر تجاری‌سازی چگونه است؟
کربن یکی از ترکیبات فراوان روی زمین، ممکن است یک منبع غنی و تجدید پذیر برای انرژی پاک و پایدار ارائه دهد. این فناوری، کاتالیست الکتروشیمیایی مبتنی بر کربن، می تواند انرژی سبز را امکان‌پذیر کند، اما برای کاربردهای گسترده آماده نیست.
محققان می‌گویند در حالی که کاتالیزورها هنوز به نقطه اوج عملکرد و مقرون به صرفه بودن مورد نیاز برای استقرار صنعتی نرسیده‌اند، مسیرهای روشنی برای پیشبرد این فناوری از طریق الکتروکاتالیست‌های عاری از فلز مبتنی بر کربن (C-MFEC) وجود دارد.
لیمینگ دای استاد دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه نیو ساوت ولز و فعال در شورای تحقیقات استرالیا و مدیر تأمین مالی مرکز مواد کربن استرالیا که روی این حوزه کار می‌کند، می‌گوید: «لازم است انرژی پایدار و همچنین وسایل ذخیره‌سازی مرتبط با آن برای کاهش کمبود انرژی و آلودگی محیط زیست ایجاد شود.»
وی می‌افزاید: «در مقاله‌ای که ما منتشر کردیم، بررسی مختصر اما انتقادی از پیشرفت اخیر در توسعه C-MFECهای با کارایی بالا برای واکنش‌ها و سیستم‌های مرتبط با انرژی ارائه می‌دهیم. این مقاله به دنبال راهنمایی برای کاربرد بالقوه آن‌ها در فرآیندهای مختلف کاتالیزوری با اهمیت عملی است.»
کاتالیزورهای الکتروشیمیایی به طور معمول واکنشی را در یک الکترود تسریع می‌کنند، که اغلب به فلز احتیاج دارند. فلزاتی که برای این کار مناسب هستند مانند پلاتین، کمیاب بوده و قیمت بالایی دارند. C-MFEC جایگزین بالقوه‌ای برای فلزات نجیب هستند.
هو گفت: «گزینه های کم هزینه، با فعالیت بالا و پایدار برای فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر به شدت مورد نظر است.»
پس از حدود یک دهه تحقیق و توسعه گسترده در سراسر جهان و با استفاده از این راهبردهای تازه توسعه یافته، C-MFEC کاربردهای بالقوه در انرژی‌های تجدیدپذیر و فناوری‌های محیطی با اهمیت عملی را نشان می‌دهد. عمدتا از سال ۲۰۱۵، بسیاری از راهکارها با طراحی C-MFEC از طریق تنظیم ساختار ذاتی کاتالیزور و مونتاژ منطقی برای بهبود فعالیت کاتالیزوری الکتروشیمیایی گزارش شده است.
محققان در ارزیابی خود از هفت سال گذشته، دریافتند که جدیدترین کار شامل نحوه کنترل تمرکز بر طراحی ساختار و تنظیم سایت‌های فعال کاتالیزوری ذاتی است، یا اینکه چگونه کاتالیزور باعث واکنش مطلوب می‌شود.
دای گفت: «سال‌های اخیر شاهد پیشرفت چشمگیر در زمینه C-MFECها بوده‌ایم. طراحی منطقی و تنظیم پیکربندی و ساختار C-MFEC می‌تواند برای تولید کاتالیزورهای پیشرفته با خصوصیات و عملکرد مورد نظر استفاده شود، که می‌تواند C-MFECها را بر روی کاتالیزورهای مبتنی بر فلز به بازار فناوری انرژی تجدیدپذیر برساند.»
برای حمایت از پیشرفت C-MFECها به‌عنوان یک جایگزین فلزی برای کاربردهای عملی در مقیاس بزرگ، هنوز یک نیاز فوری به توسعه راهبردهای سنتز کارآمد و قابل کنترل وجود دارد. محققان باید با غلبه بر چالش‌های کلیدی برای تولید C-MFECهای در مقیاس بزرگ و قابل تکرار با سایت‌های فعال الکتروکاتالیستی یکنواخت و پایدار برای واکنش‌های خاص تمرکز کنند.
