نوع جدید پدیده خود ترمیم شوندگی در نانواکسیدهای منگنز

پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان در بررسی پایداری نانواکسید‌های منگنز در محیط‌های حاوی ‏اکسنده، به نوعی پدیده خود ترمیم شوندگی جدید در این مواد پی بردند.

پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان در بررسی پایداری نانواکسید‌های منگنز در محیط‌های حاوی ‏اکسنده، به نوعی پدیده خود ترمیم شوندگی جدید در این مواد پی بردند. قبل از این اکسیدهای منگنز در محیط‌های اکسنده به ‏عنوان مواد ناپایدار شناخته شده بودند. این نانواکسیدهای منگنز به عنوان کاتالیزگر اکسایش آب می‌توانند در تولید هیدروژن به ‏عنوان سوخت پاک به کار گرفته شود و خود ترمیم بودن آن هزینه‌های تهیه این سوخت پاک را کاهش دهد.‏

تلاش برای دستیابی به موادی که بتوانند آب را به عناصر سازنده‌اش هیدروژن و اکسیژن تجزیه کنند، از اهمیت بسزایی ‏برخوردار است: ‏

‎۲H2O → ۲H2 + O2‎

علت این اهمیت نیز تولید هیدروژن 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.‎

واکنش اکسایش آب را می‌توان با معادله زیر نشان داد: ‏

‎۲H2O → O2 + 4H+ + 4e-

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. ‏

دکتر محمد مهدی نجف پور عضو هیئت علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان در مورد این تحقیقات گفت: ‏‏«برای دستیابی به کاتالیزگری با قابلیت خود ترمیم شوندگی، نوعی منگنز اکسید که بسیار ارزان قیمت بوده و با روش ساده‌ایی ‏سنتز می‌شوند، انتخاب کردیم. این ترکیبات بعد از مدتی مقداری از سایت‌های فعال خود را از دست می‌دهند و به عبارت دیگر ‏دچار آسیب می‌شوند. ما با بررسی دقیق سایت‌های جدا شده متوجه شدیم طی فرایندی به نام خود ترمیمی این سایت‌ها دوباره به سطح کاتالیزگر برمی‌گردند و به عبارت دیگر کاتالیزگر مورد نظر ترمیم می‌شود.»‏

کاتالیزگر با ویژگی اکسایش آب استفاده شده در این طرح می‌تواند در صورت تخریب، بخشی از ساختار خود را ترمیم کند. در صورت نانوذره بودن آن‌هاهر ‏دو ویژگی یعنی ویژگی اکسایش آب و خود ترمیمی می‌تواند مشاهده گردد و در غیر اینصورت این ‏دو ویژگی همزمان رخ نداده یا با سرعت بسیار کند انجام می‌شود. در سازوکار پیشنهاد شده به‌وسیله‌ی این تیم تحقیقاتی ‏یون‌های منگنز سطح اکسید را ترک کرده و به محلول وارد می‌شوند و تحت اثر اکسید‌کننده به پرمنگنات تبدیل می‌شوند سپس ‏این یون‌ها بعد از مصرف اکسید‌کننده مجددا با اکسید منگنز واکنش داده و به صورت اکسید منگنز در می‌آیند.‏

نجف پور با اشاره به اینکه این کار می‌تواند منجر به ساخت اکسیدهای منگنز با پایداری بالا شود و به این باور که اکسیدهای ‏منگنز در محیط‌های اکسنده ناپایدار هستند، پایان دهد؛ افزود: «در واقع این کار منجر به کشف نوعی پدیده خود ترمیم شوندگی ‏در مورد اکسید منگنز در حضور اکسید کننده‌ها است. اما کار کلی در مورد ساخت کاتالیزگر‌های اکسید‌کننده آب در حال تکمیل ‏شدن است و به زودی برای تقاضای ثبت اختراع ارسال خواهد شد.»‏

نجف پور با معرفی داود جعفریان، بابک پاشایی و سارا نیری از دانشجویان کارشناسی ارشد شیمی به عنوان همکاران خود ‏گفت: «در ادامه کار یک گروه در ایران و دو گروه در خارج از کشور در حال بررسی دقیق‌ترسازوکار این پدیده هستند.»‏

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله ‏New Journal of Chemistry‏ مورد پذیرش قرار گرفته و به زودی منتشر خواهد شد.‏