المحفزات الثورية: ماينز تكتشف سرًا جديدًا للهيدروجين الأخضر!

المحفزات الثورية: ماينز تكتشف سرًا جديدًا للهيدروجين الأخضر!

في 11 مارس 2025، حقق الباحثون في جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز تقدمًا رائدًا في الأبحاث المتعلقة بإنتاج الهيدروجين الأخضر. لقد طوروا محفزات غير مكلفة وفعالة لفصل الماء مصنوعة من الكوبالت والتنغستن. ولا يسهل الوصول إلى هذه المواد فحسب، بل إنها أيضًا غير مكلفة، مما يزيد بشكل كبير من إمكانية تطبيقها على المستوى الصناعي. ونشرت النتائج الشاملة في مجلة Angewandte Chemie.

وعلى النقيض من المحولات الحفازة التقليدية، والتي غالبًا ما تعاني من فقدان الأداء، يُظهر المحول الحفاز المطور حديثًا تحسينًا ذاتيًا ملحوظًا. وتزداد كفاءته بمرور الوقت، وذلك بسبب التغيرات الكيميائية العميقة أثناء عملية تجزئة الماء. يتغير الكوبالت من Co2+ إلى Co3+، بينما تتغير نسبة W5+ إلى W6+ في التنغستن. تعمل هذه الديناميكيات على تحسين حركية التفاعل لتطور الأكسجين، والتي تعتبر عتبة حرجة في هذه العملية.

الآلية المبتكرة لتقسيم الماء

هناك مساهمة هامة أخرى في إنتاج الهيدروجين تأتي من الباحثين بقيادة الدكتور باولو جيوستو، الذي قام بالتحقيق بشكل مكثف في آلية تقسيم الماء باستخدام محفزات نيتريد الكربون. وتمكنوا من تحديد التفاعلات التفصيلية بين نيتريد الكربون والماء، وخاصة انتقال البروتونات والإلكترونات تحت تأثير الضوء. لقد ثبت أن نيتريد الكربون هو محفز فعال، مما يتيح إنتاج الهيدروجين عن طريق عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي.

تظهر النتائج أن نيتريد الكربون قادر على تفكيك الماء إلى مكوناته الأكسجين والهيدروجين. تعتبر هذه العملية حاسمة لتعزيز إنتاج مواد محفزة أكثر كفاءة لإنتاج الهيدروجين من ضوء الشمس. يمتص المحفز الضوء ويستخدم طاقته لزعزعة استقرار جزيئات الماء، مما يتسبب في نقل الإلكترون المقترن بالبروتون مما يضعف الروابط الكيميائية للماء.

آفاق لحلول الطاقة المستدامة

إن التطورات في كلا المشروعين البحثيين لها آثار بعيدة المدى على إنتاج الطاقة في المستقبل. يمكن أن يساعد التحسين الذاتي للمحفز المصنوع من الكوبالت والتنغستن على زيادة كفاءة إنتاج الهيدروجين الأخضر على المدى الطويل. وفي الوقت نفسه، توفر النتائج المتعلقة بديناميكيات نيتريد الكربون وجزيئات الماء أساسًا أعمق للفهم لتشكيل حلول الطاقة المستدامة.

تجدر الإشارة أيضًا إلى تمويل المشاريع البحثية: يتم دعم Dandan Gao كجزء من برنامج Walter Benjamin التابع لـ DFG، والذي يمكّن العلماء في مرحلة التأهيل بعد الدكتوراه من تنفيذ مشاريعهم البحثية الخاصة. يتلقى المشروع أيضًا دعمًا من مؤسسة Carl Zeiss ومؤسسة Alexander von Humboldt ومنطقة الملفات الشخصية لجامعة JGU SusInnoScience.

وبشكل عام، فإن البحث في هذه المحفزات يجعل إنتاج الهيدروجين المستدام أقرب ويمكن أن يقدم مساهمة حاسمة في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. تظل التطورات المستقبلية في تكنولوجيا الهيدروجين واحدة من أكثر المجالات إثارة في الكيمياء التطبيقية.