پژوهشگران دانشگاه علوم پایه زنجان با همکاری محققانی از دانشگاه‌های روسیه و آمریکا موفق به سنتز کاتالیزگری شدند که توانایی اکسایش آب به عنوان سوخت پاک را داراست.
تلاش محققان دانشگاه علوم‌پایه زنجان برای تولید سوخت پاک
پژوهشگران دانشگاه علوم پایه زنجان با همکاری محققانی از دانشگاه‌های روسیه و آمریکا موفق به سنتز کاتالیزگری شدند که توانایی اکسایش آب به عنوان سوخت پاک را داراست. این ماده علاوه‌بر ارزان قیمت بودن توانایی رقابت با پلاتین را در اکسایش آب نیز دارد.
در سال‌های اخیر تلاش‌هایی برای دستیابی به موادی که بتوانند آب را به عناصر سازنده‌اش هیدروژن و اکسیژن تجزیه کنند در حال انجام است.
هیدروژن به دست آمده می‌تواند به عنوان سوخت پاک مورد استفاده قرار گیرد چرا که محصول سوختن آن تنها آب است. مهمترین مشکل در تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن، اکسایش آب است که با انرژی فعالسازی زیادی همراه است. این انرژی فعالسازی نه تنها باعث هدر رفتن مقدار زیادی انرژی می‌شود، بلکه انرژی اضافی اعمال شده باعث اکسایش انواع ترکیبات موجود در آب می‌شود که خود عامل مزاحمی برای اقتصادی شدن این فرآیند است.
الکترون‌های ارزان به‌دست آمده در این فرایند می‌توانند برای کاهش انواع ترکیبات مورد استفاده قرار گیرند. نمونه آن کاهش دی اکسید کربن به متان یا کاهش نیترژون به آمونیاک است. ولی برای اکسایش آب و البته کاهش ترکیبات گفته شده نیازمند کاتالیزگرها هستیم.
پژوهشگران ایرانی با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای آمریکا و روسیه با هدف انجام تحقیقاتی در این زمبنه و ساخت ترکیباتی که با کارایی بالا و با مصرف کمترین میزان انرژی قادر باشند آب را به اکسیژن اکسید کنند، توانستند به یافته‌هایی جدیدی دست پیدا کنند. آنان توانستند نوعی اکسید منگنز را سنتز کنند که در شرایط اسیدی قادر به اکسایش آب است و در این واکنش شبیه به پلاتین گران قیمت عمل می‌کند.
دکتر محمد مهدی نجف پور، در مورد این تحقیقات گفت: «در بررسی‌های خود برای رسیدن به اهداف ذکر شده ابتدا به بررسی آنزیم اکسید‌کننده آب موجود در گیاهان و درک هنرهای به‌کار گرفته شده در آن برای اکسایش آب پرداختیم. در این راستا ترکیباتی مشابه مرکز فلزی این آنزیم را سنتز کرده و برای بهبود خاصیت کاتالیزگری این آنزیم با ترفندهای مختلف از جمله کمک از فناوری نانو به بررسی‌های زیاد پرداختیم. در این راه نیز از الکتروشیمی برای درک بهتر فرایند اکسایش آب نیز سود جستیم و در نهایت با مقایسه این ترکیب ساخته شده با آنزیم موجود درگیاهان به نتایج قابل قبولی رسیدیم.»
عضو هیئت علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان در مورد خود ماده سنتز شده افزود: «در این ماده در واقع با وارد کردن یون‌های فلزی کلسیم به ساختار منگنز اکسید نوعی ساختار نانولایه منگنز اکسید به‌دست می‌آید که نه تنها سطح زیادی برای اکسایش آب در اختیار ما قرار می‌دهد بلکه به دلیل ویژگی‌های نانویی باعث فعالیت شدید این ترکیبات می‌شود.»
بطور کلی این ترکیبات نه تنها برای اکسایش آب بلکه برای اکسایش انواع ترکیبات آلی و معدنی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال دو نمونه از کاربرد این ترکیبات را می‌توان در اکسایش آلکن‌ها یا الکل‌ها در صنایع پتروشیمی و در سنتز ترکیباتی که منوکسید کربن را به دی اکسید کربن تبدیل می‌کنند و در مباحث زیست‌محیطی اهمیت فراوان دارند، جستجو کرد.
به گفته نجف پور نتایج این تحقیقات و ماده سنتزی در آینده می‌تواند منجر به ساخت ترکیبات ارزانی شود که برای تجزیه آب عمل می‌کنند. این در حالی است که اگر بتوان با استفاده از سل‌های خورشیدی مدرن، انرژی خورشید را با بازده بالا به الکتریسیته تبدیل کرد، این انرژی به این کاتالیزگرها منتقل می‌شود و برای تجزیه آب به‌کار گرفته می‌شوند. به عبارت دیگر باانرژی ارزان خورشید، کاتالیزگرهای مناسب و آب می‌توان هیدروژن را به عنوان سوخت پاک به‌دست آورد. نکته جالب این است که هر نوع انرژی از جمله انرژی باد، جزر ومد و… را می‌توان به الکتریسته تبدیل ودر نهایت برای تولید هیدرژن مورد استفاده قرار داد. پس هیدروژن ذخیره‌کننده بسیار مناسب انرژی است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Dalton Transactions (صفحه ۵۰۵۸-۵۰۹۱، شماره ۱۴، سال ۲۰۱۳) منتشر شده است.
