مقاله استاد دانشگاه شریف در مجله انجمن شیمی آلمان منتشر شد

به گزارش روز سه‌شنبه گروه علمی آباجان به نقل از ایرنا از دانشگاه صنعتی شریف، در بخشی از این مقاله آمده است؛ شکافت مولکول‌های آب با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و تولید هیدروژن به عنوان یکی از روش‌های امیدبخش برای ذخیره‌سازی انرژی شناخته می‌شود. این فرآیند، به‌ویژه در زمینه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به جای سوخت‌های فسیلی، امکان حرکت سریعتر به سمت استفاده گسترده‌تر از انرژی‌های پاک را فراهم می‌کند. اما شکافت آب به‌ طور قابل‌توجهی تحت تأثیر واکنش اکسایش آب قرار دارد که خود یک واکنش پیچیده چهار الکترونی است. به همین دلیل، توسعه و شناسایی کاتالیست‌های مؤثر در اکسایش آب اهمیت بسیاری دارد. این واکنش در زمینه‌هایی نظیر تولید انرژی، شیمی حالت جامد، شیمی معدنی، الکتروشیمی، فتوسنتز مصنوعی، فتوکاتالیست و الکتروکاتالیست و در بسیاری از تحقیقات دیگر، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

در این میان، ترکیبات اکسیدی نیکل، زمانی که حتی مقادیر بسیار کمی از آهن به آنها افزوده می‌شود، از جمله بهترین کاتالیست‌های شناخته‌شده برای اکسایش آب در محیط‌های قلیایی هستند. این ترکیبات به دلیل پایداری بالا و قیمت پایین، به‌عنوان مواد ایده‌آل در این حوزه مطرح شده‌اند. با این حال، نتایج مطالعات انجام‌شده توسط گروه‌های مختلف پژوهشیروی این ترکیبات اغلب با یکدیگر همخوانی کامل ندارند که این موضوع نشان‌دهنده پیچیدگی‌های موجود در این سیستم‌ها است.

در یک پژوهش جامع که به‌ مدت پنج سال توسط محمدمهدی نجف‌پور و نادر اکبری با همکاری محققان برجسته از مراکز پژوهشی متعدد در کره جنوبی، لهستان و چین انجام و در مجله انجمن شیمی آلمان Angewandte Chemie International Edition با ضریب تاثیر ۱۶.۱ چاپ شده، ساختارها و ویژگی‌های الکترونی ترکیبات نیکل – آهن تحت شرایط اکسایش آب با روش‌های پیشرفته‌ای نظیر طیف‌سنجی موزبائر، تحلیل‌های اشعه ایکس، طیف‌سنجی رامان و بسیاری از تکنیک‌های دیگر مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج این تحقیقات منجر به ارائه یک فرضیه جامع شده است که می‌تواند بسیاری از تناقضات موجود در مطالعات پیشین را توضیح دهد و دیدگاه جدیدی از مکانیسم واکنش اکسایش آب در این ترکیبات ارائه دهد.

یکی از یافته‌های کلیدی این پژوهش، حضور یون آهن (IV) در ساختار این ترکیبات است. این یون‌ها به دو شکل مختلف ظاهر می‌شوند: یون‌های سطحی که به‌عنوان مراکز اصلی واکنش اکسایش آب عمل می‌کنند و یون‌های موجود در داخل ساختار که نقش مهمی در تجمع بار و نه اکسایش آب دارند. همچنین بر اساس این فرضیه، در پتانسیل‌های مختلف الکتریکی، مراکز مختلفی در واکنش اکسایش آب فعال می‌شوند؛ به عبارت دیگر، یک نوع مرکز خاص مسئولیت واکنش اکسایش آب در تمام پتانسیل‌ها را بر عهده ندارد. این پژوهش علاوه بر ارائه بینش‌های جدید درباره مکانیسم‌های اکسایش آب در ترکیبات نیکل- آهن، مسیرهایی نوین برای بهینه‌سازی کاتالیست‌های مبتنی بر این ترکیبات را نیز نشان می‌دهد.