استفاده از پسرعموی گرافن برای تولید هیدروژن از آمونیاک

به گزارش روز دوشنبه گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای greencarcongress،‌ تیمی از محققان دانشگاه نانجینگ، دانشگاه هوبی‌نرمال و دانشگاه ژجیانگ در چین کاتالیزور گرافدین (Graphdiyne) دوپ شده با کبالت را برای تجزیه کاتالیستی آمونیاک (NH۳) به منظور تولید هیدروژن ساختند. این کاتالیزور کامپوزیتی به طور قابل توجهی واکنش‌پذیری و پایداری تجزیه آمونیاک را افزایش می‌دهد

در مقاله‌ای که محققان در نشریه فیول (Fuel) ، منتشر کردند، نشان دادند که این کاتالیزور گرافدین دوپ شده با کبالت در دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد تقریباً به تجزیه کامل آمونیاک دست یافت و نرخ تبدیل در طول ۱۸ ساعت واکنش مداوم ثابت ماند.

گرافدین یک آلوتروپ کربن دو بعدی جدید بوده که شبیه گرافن است. با این حال، در حالی که گرافن یک لایه منفرد از اتم‌های کربن است که در یک شبکه لانه زنبوری دوبعدی چیده شده‌اند، گرافدین از هر دو اتم کربن sp۲ و sp تشکیل شده (sp و sp۲ به حالت هیبریداسیون اتم‌های کربن در مولکول‌ها اشاره دارد)، و ساختار منحصر به فردی را تشکیل می‌دهد. تعداد زیادی منافذ، به آن سطح بالایی می‌بخشد که برای کاربردهای ذخیره انرژی و کاتالیزوری مفید است. آمونیاک یک حامل هیدروژن با چگالی بالا است.

نویسندگان این مقاله تاکید کردند: در حالی که کاتالیزورهای فلزات نجیب، مانند روتنیم، عملکرد کاتالیزوری برتری در تجزیه آمونیاک از خود نشان می‌دهند، اما برای آزاد کردن هیدروژن، هزینه بالای این فلزات برای کاربردهای گسترده چالش برانگیز است. برعکس، کاتالیزورهای فلزی ارزان قیمت در دسترس هستند اما اثرات کاتالیزوری کمتر از حد مطلوب را نشان می‌دهند. کاتالیزورهای مبتنی بر کربن، انتقال الکترون سطحی را تقویت می‌کنند و ظرفیت های جذب و تفکیک جذب NHx را در سطح مشترک افزایش می‌دهند.

آنها یادآور شدند: با این حال، چگونگی افزایش فعالیت کاتالیزوری فلزات غیر گران‌بها و کاتالیزورهای کامپوزیتی مبتنی بر کربن، کاهش دمای واکنش و به دست آوردن درک اساسی از کاتالیزورهای دو بعدی جدید به یک چالش بزرگ تبدیل شده است.

مطالعات متعددی به کشف و گسترش مواد کاتالیزور جدید با تمرکز ویژه بر گرافدین اختصاص یافته است. گرافدین ظرفیت بالایی برای تجزیه کاتالیزوری آمونیاک نشان می‌دهد. در این کار، محققان روی بارگذاری نانوذرات فلز غیرنجیب روی گرافدین تمرکز کردند تا تعاملات کاتالیزوری بین مواد کربنی دو بعدی و فلزات واسطه را بررسی کنند.

آنها نشان دادند که عملکرد بالای فلزات واسطه مختلف بارگذاری شده بر روی گرافدین در طول تجزیه آمونیاک را می‌توان به پراکندگی ذرات، احیاء‌پذیری فلز و ترکیب عنصری کاتالیزور در این مطالعه نسبت داد.