المجلة العلمية اهرام مجلة مستقلة تحت إشراف هاني سلام
” دور الأشعة السينية الحديثة وتأثيرها في أنتاج الهيدروجين الأخضر”
متابعة / م . ريهام عادل كمال مهندسة كيميائية
في خطوة جديدة نحو إيجاد مصدر لوقود نظيف تمكن الدكتور DR.MARCEL RISCH بالتعاون مع مجموعة الباحثين الشباب بهندسة اّلية تطور الاكسجين لأيجاد وسائل جديدة لأنتاج الهيدروجين الأقتصادي.
من أجل إنتاج الهيدروحين الاخضر يمكن تقسيم الماء عن طريق التحفيز الكهربائي المدعوم من مصادر متجددة مثل الشمس أو الرياح .
كما أوضحت مقالة المراجعه Angewandte Chemie Int. كيف يمكن لمصادر الاشعة السينية BESSY II (هو مصدر إشعاع من الجيل الثالث ينتج ضوء أشعة سينية شديد السطوع) ، ان تقدم تطوير لمحفزات كهربائية مناسبة حيث يمكن أستخدام التحليل الطيفي لامتصاص الاشعة السينية لتحديد الحالات النشطة للمواد النشطة تحفيزياّ لتفاعل تطورالأكسجين. لذا تعد هذة مساهمة مهمة في تطوير محفزات فعالة من عناصر غير مكلفة و متاحة علي نطاق واسع.
تكمن مشكلة الهيدروجين في أنه لا يوجد بشكل طبيعي علي كوكبنا في صورة غاز منفرد لذا فإن التحدي الاساسي امام استخدامة كمصدر ناقل للطاقة في المستقبل هو كيفية استخلاصة من تلك المركبات التي يوجد بها.
من اجل انتاج الهيدروجين الاخضر يمكن تقسييم الماء عن طريق فصل الماء كهربائياّ مع الطاقة المتمثلة في (الرياح او الشمس) وتخزين هذة الطاقة في شكل كيميائي و لتسهيل تقسييم جزيئات (لتقليل مدخلات الطاقة ) يتم تغليف الاقطاب بمواد نشطة محفزا وهذة مساهمة فعالة في تطوير المحفزات من عنصر غير مكلفة ومتاحة
توضيح مدخلات ومخرجات التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين
رقم أكسدة المادة وتأثيرة كمحفز كهربائي :
هناك فئة كثيرة من المواد للمحفزات الكهربائية ومن اهمها أكاسيد المنغنيز (MANGANESE OXIDES) والتي تحدث في العديد من المتغيرات الهيكلية المختلفة ‘ حيث يوضح RISCH أن ” المعيار الحاسم للملائمة كمحفز كهربائي هو رقم أكسدة المادة وكيف تتغير في مسار التفاعل “في حالة أكاسيد المنغنيز هناك أيضاّ تنوع كبير في حالات الأكسدة المحتملة .
أكاسيد المنغنيز في العديد من المتغيرات الهيكلية المختلفة. إنها فئة مثيرة من المواد للمحفزات الكهربائية
التحليل الطيفي لأمتصاص الأشعة السينية (X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY) :
يوفر التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية (XAS) معلومات حول حالات الأكسدة : كميات الأشعة السينية ذات الطاقة المناسبة تثير الإلكترونات على الأصداف الداخلية ، والتي تمتص هذه الكميات.
اعتمادًا على عدد الأكسدة ، يمكن ملاحظة هذا الامتصاص في طاقات الإثارة المختلفة حيث قام فريق RISCH ببناء خلية التحليل الكهربائي التي تمكن من قياسات XAS أثناء التحليل الكهربائي.
يقول RISCH : “باستخدام التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية ، لا يمكننا فقط تحديد أعداد الأكسدة ، ولكن أيضًا مراقبة عمليات التآكل أو تغيرات الطور في المادة”.
إلى جانب القياسات الكهروكيميائية ، توفر بيانات القياس فهمًا أفضل للمادة أثناء التحفيز الكهربائي. ومع ذلك ، فإن الكثافة العالية المطلوبة للأشعة السينية متاحة فقط في مصادر ضوء modern synchrotron light sources. في برلين (Berlin ) تقوم HZB ( Helmholtz-Zentrum Berlin )بتشغيل BESSY II لهذا الغرض. كما يوجد حوالي 50 مصدرًا من مصادر الضوء للبحث في جميع أنحاء العالم.
اوقات القياس النموذجية: (يتدرج الوقت من قصير إلى طويل)
لا يزال RISCH يرى إمكانات كبيرة لتطبيق التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية ، خاصة فيما يتعلق بالمقاييس الزمنية للرصد. وذلك لأن أوقات القياس النموذجية هي بضع دقائق لكل قياس. ومع ذلك ، تحدث تفاعلات التحفيز الكهربائي على نطاقات زمنية أقصر.
يقول: RISCH “إذا استطعنا مشاهدة التحفيز الكهربائي أثناء حدوثه ، فيمكننا فهم التفاصيل المهمة بشكل أفضل”.
و بذلك يمكن تطوير محفزات رخيصة وصديقة للبيئة بشكل أسرع. من ناحية أخرى ، تحدث العديد من عمليات “الشيخوخة” في غضون أسابيع أو شهور. لذلك ينصح RISCH ان بأمكانا على سبيل المثال ، فحص نفس العينة مرارًا وتكرارًا على فترات منتظمة لفهم هذه العمليات”. وذلك للحصول علي تطوير محفزات كهربائية ذات استقرار طويل المدى.
المراجع:
- Marcel Risch, Dulce M. Morales, Javier Villalobos, Denis Antipin. What X‐Ray Absorption Spectroscopy Can Tell Us About the Active State of Earth‐Abundant Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction? Angewandte Chemie, 2022; DOI: 1002/ange.202211949
- Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. (2022, October 7). Green hydrogen: Faster progress with modern X-ray sources. Science Daily. Retrieved October 10, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2022/10/221007112108.htm
ممتاز يا أستاذة ….موضوع يقدم افادة علمية ومعرفة