استفاده از آئروژل‌ها برای تصفیه آب و هیدروژن مورد استفاده در پیل‌های سوختی

Peter Chupas و Mercouri Kanatzidis ،دو دانشمند مواد این آزمایشگاه به
همراه همکاران خود در دانشگاه‌های میشیگان و Northwestern ، آئروژل‌های
نیمه‌هادی متخلخلی را ساختند و پس از آن با وارد کردن کمتر از یک گرم از
این آئروژل در یک محلول آبی حاوی آلودگی جیوه، دریافتند که این ژل بیش از
۹۹/۹۹ درصد از این فلز سنگین را حذف کرده‌است.

پژوهشگران معتقدند که این ژل‌ها نه تنها می‌توانند برای پاک‌سازی محیطی به
کار روند؛ بلکه می‌توانند برای حذف ناخالصی‌های گاز هیدروژن که به کاتالیست‌های
موجود در پیل‌های سوختی هیدوروژنی آسیب می‌رسانند نیز مورد استفاده قرار
گیرند.

پیش‌بینی می‌شود این آئروژ‌ل‌ها که ازchalcogenideها(مولکول‌هایی که دارای
عناصری هستند که در جدول تناوبی دقیقاً زیر اکسیژن قرار دارند) مشتق شده‌اند،
به‌عنوان یک نوع غربال یا غشای نفوذپذیر گزینشی عمل کرده، ناخالصی‌ها را از
گاز هیدروژن جدا کنند.

ساختار شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد این ژل‌ها به پژوهشگران اجازه می‌دهد
تا اجزا یا اندازه منافذ را به گونه‌ای تنظیم کنند تا فقط سموم خاصی از
جریان گاز هیدروژن جدا شوند.

این گروه تحقیقاتی از ابتدا قصد ساختن آئروژل‌ها را نداشتند؛ بلکه به‌طور
اتفاقی به این کشف نائل شدند. در اصل، ‌پژوهشگران برای تولید پودرهای
نیمه‌هادی متخلخل به جای ژل از یک ماده فعال‌کننده سطحی استفاده می‌کردند؛
هنگامی که یکی از محققان واکنش سنتزی را بدون این ماده انجام داد متوجه شد
که ژل‌ها به دفعات تشکیل ‌شدند و در اثر واژگون کردن ظرف واکنش هیچ چیز از
آن جاری نشد.
معمولاً در اثر چنین واکنش‌هایی رسوبات نامطلوب ته ظرف تولید می‌شوند، ولی
در این مورد چیز منحصر به فردی وجود داشت.

Kanatzidis و همکارانش متوجه شدند که آئروژل‌ها یک امتیاز عمده نسبت به
پودرها دارند: از آنجایی که این ماده خاصیت چسبندگی‌اش را حفظ کرده‌است، پس
سطح فعال وسیعی دارد. یک سانتی‌متر مکعب از این آئروژل سطح مؤثری به بزرگی
یک میدان فوتبال دارد و هر چه سطح تماس ماده بیشتر باشد به‌طور مؤثرتری هم
می‌تواند به مولکول‌ها متصل شود.

در آزمایش‌های قبلیِ تصفیه مولکولی، به جای استفاده از chalcogenideها از
اکسیدها به‌عنوان جزء اصلی شیمیایی صافی استفاده شده بود. اکسیدها غالباً
عایق هستند، درحالی که اغلب chalcogenideها نیمه‌رسانا هستند و این امر
مطالعه خواص نوری و الکتریکی آنها را امکان‌پذیر می‌سازد.

Kanatzidis امیدوار است در گام بعدی، خواص فوتوکاتالیستی این ژل را نیز
برای این منظور که آیا آنها می‌توانند علاوه بر تصفیه هیدروژن در تولید
هیدروژن نیز مفید واقع شوند، آزمایش کند.

بر خلاف مواد تناوبی که دارای یک ساختار منظم هستند، ژل‌های تولید‌شده به
دست این محققان بسیار نامنظم است و در نتیجه روش‌های بلورشناسی متداول
به‌طور مؤثر ساختار و رفتار این ژل‌ها را نشان نمی‌دهد. به هرحال، استفاده
از اشعه x با انرژی بالا، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا از روی فواصل اتمی
درون این مواد سازمان نیافته صحت مطالعات خود را مشخص کنند.