نانوکاتالیست اکسید تیتانیوم برای تولید انرژی پاک ساخته می شود - کوه سفید

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، محمدمهدی نجف پور پژوهشگر گروه پژوهشی شیمی سبز پژوهشکده علوم پایه و فناوری های نوین دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان درباره طرح تحقیقاتی ساخت نانوکاتالیست اکسید تیتانیوم گفت: این مقاله بخشی از یک پروژه تحقیقاتی بزرگ تر بوده است. هدف برنامه پژوهشی جامع تر، دستیابی به نانوفوتوکاتالیست ها و نانوکاتالیست های با کارایی بالا برای واکنش شکست آب و یا فوتوالکتروسنتز مولکول های حامل انرژی بوده است. در پروژه­ های اجرا شده قبلی در گروه پژوهشی ما، با هدف تولید سوخت هیدروژنی، روش الکتروشیمیایی شکست آب بیشتر مورد توجه بود. ولی در کار اخیر از روش فوتوالکتروشیمی برای شکست مولکول آب استفاده شده است. این طرح قابلیت صنعتی شدن را دارد و برای تخریب آلاینده های آلی در پساب های صنعتی و تصفیه خانه­ های آب می توان از این کاتالیست بهره گرفت.

این پژوهشگر ادامه داد: در حال حاضر فوتوکاتالیست های شناخته شده متعددی وجود دارند، اما رایج ترین ماده مؤثر، اکسید تیتانیوم نانویی است. نانوذرات بسیار مؤثرتر از مولکول های درشت موجود در فوتوکاتالیست ها عمل می کنند. نانوذرات اکسید تیتانیوم به عنوان فوتوکاتالیست روی بسکمک از آلاینده های محیط زیست مؤثر بوده و علاوه بر حذف، آن ها را به محصولات سازگار با محیط زیست تبدیل می کند.

نجف پور معتقد است مشکل اصلی روش های تهیه قبلی این نانوکاتالیست پیچیدگی و تک فاز بودن است. هدف اصلی این طرح ساخت فوتوکاتالیست فاز مخلوط اکسید تیتانیوم است تا با نمونه تجاری P25 قابل رقابت بوده و همچنین از راستا تهیه ساده تری به دست آید. وی همچنین مهم ترین دستاورد های این پروژه را تهیه اکسید تیتانیوم با فاز مخلوط از طریق فرآیند ساده آندیزه کردن در ولتاژ بالا در محلول قلیایی و تهیه فوتوکاتالیست با فاز مخلوط مشابه نمونه تجاری P25 می داند.

پژوهشگر پژوهشکده تغییر اقلیم و گرمایش زمین دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان گفت: بنا به آمار های موجود، نیاز بشر به سوخت های فسیلی رو به افزایش بوده و در عین حال منابع سوخت های فسیلی رو به سرانجام است. همچنین استفاده افسارگسیخته از سوخت های فسیلی، آلودگی محیط زیست وهمچنین افزایش دمای کره زمین را به همراه داشته است. به همین دلیل استفاده از انرژی خورشید می تواند یکی از بهترین روش ها برای چیره شدن بر این چالش جهانی باشد. کاربرد این دستاورد در صنایع ساخت سلول های خورشیدی، تبدیل انرژی نور خورشید به سوخت­ های پاک و تخریب آلاینده های ارگانیک از طریق اکسایش فوتوالکتروشیمیایی است.

وی در ادامه بیان کرد: کشور ما در بیشتر روز های سال دارای هوای آفتابی است، بنابراین با سرمایه گذاری در مراحل تحقیقاتی بعدی پروژه، می توان به نتایج چشمگیرتری در زمینه تبدیل انرژی خورشید به سوخت­ های پاک دست یافت. همچنین در ادامه طرح می توان با بررسی و امکان سنجی جذب دی اکسیدکربن و گاز های آلاینده دیگر در محلول­ های آبی، آن ها را به صورت فوتوالکتروشیمیایی به مواد شیمیایی کم خطرتر و همچنین مفیدتر کاهش داد. به این ترتیب هم می توان از آلودگی هوا کاست و هم از طریق کاهش فوتوالکتروشیمیایی دی اکسیدکربن به فرمالدئید، فرمیک اسید و نهایتاً متانول، انرژی خورشید را در مولکول های شیمیایی ذخیره سازی نمود.

نجف پور درباره نتایج مهم این پژوهش گفت: هزینه ساخت کاتالیست به علت عدم استفاده از پیش ­ماده­ های گران قیمت بسیار پایین است و روش ساخت بسیار ساده و سریع است (آندیزه شدن به مدت 10 دقیقه)، همچنین خاصیت نانویی این نانوکاتالیست از طریق تولید راستا های بازتابشی مضاعف باعث افزایش جذب نور در ناحیه مریی و سطح فعال بسیار بیشتر می شود که نقش اصلی در بهبود سرعت واکنش شکست آب را ایفا می کند.

وی گفت: هرچند این طرح تحقیقاتی در زمینه تبدیل انرژی خورشید می تواند در مراحلی همچون تصفیه آلاینده ­های آلی به مقیاس صنعتی و تجاری برسد، اما ممکن است هنوز تا صنعتی و تجاری شدن برای اکسایش آب به صورت فوتوالکتروشیمیایی با چالش روبرو باشد. اما نکته اصلی در این امر نهفته است که در آینده نه چندان دور با اتمام منابع سوخت های فسیلی یکی از مهم ترین فناوری های موردنیاز برای کشور خواهد بود. پس بصیرت و دوراندیشی برای سرمایه گذاری مالی و پشتیبانی و حمایت از هم اکنون می تواند کمک مهمی برای کشور در عبور از این مرحله باشد.

این پژوهش حاصل همکاری محمدمهدی نجف پور، مهدی خسروی و هادی فیضی پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان و بهزاد حقیقی از دانشگاه شیراز است.