پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان موفق شدند با یک روش ساده و کم‌هزینه فتوالکتروشیمی، اقدام به تولید نانوکاتالیست اکسید تیتانیوم کنند. اکسید تیتانیوم یکی از فتوکاتالیست‌های رایج بوده که از نظر بازده نوری جزو فتوکاتالیست‌های با عملکرد بالا محسوب می‌شود.

به گزارش سایت خبری محیط زیست ایران (IENA) به نقل از ایسنا، محمدمهدی نجف‌پور، پژوهشگر گروه پژوهشی شیمی سبز پژوهشکده علوم پایه و فناوری‌های نوین دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان با اشاره به انجام طرح تحقیقاتی در زمینه ساخت نانوکاتالیست اکسید تیتانیوم، گفت: این مقاله بخشی از یک پروژه تحقیقاتی بزرگتر بوده و هدف آن برنامه پژوهشی جامع‌تر، دستیابی به نانوفتوکاتالیست‌ها و نانوکاتالیست‌های با کارایی بالا برای واکنش شکست آب و یا فتوالکتروسنتز مولکول‌های حامل انرژی بوده است.

وی ادامه داد: در پروژه‌های انجام‌شده قبلی در گروه پژوهشی ما، با هدف تولید سوخت هیدروژنی، روش الکتروشیمیایی شکست آب بیشتر مورد توجه بود. ولی در کار اخیر از روش فتوالکتروشیمی برای شکست مولکول آب استفاده شده است. این طرح قابلیت صنعتی شدن را دارد و برای تخریب آلاینده‌های آلی در پساب‌های صنعتی و تصفیه‌خانه­‌های آب می‌توان از این کاتالیست بهره گرفت.

نجف‌پور با بیان اینکه در حال حاضر فتوکاتالیست‌های شناخته شده متعددی وجود دارند، اما رایج‌ترین ماده مؤثر، اکسید تیتانیوم نانویی است، اظهار کرد: نانوذرات بسیار مؤثرتر از مولکول‌های درشت موجود در فتوکاتالیست‌ها عمل می‌کنند. نانوذرات اکسید تیتانیوم به عنوان فتوکاتالیست روی بسیاری از آلاینده‌های محیط‌زیست مؤثر بوده و علاوه بر حذف، آن‌ها را به محصولات سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند.

این محقق یادآور شد: مشکل اصلی روش‌های تهیه قبلی این نانوکاتالیست پیچیدگی و تک‌فاز بودن است. هدف اصلی این طرح ساخت فتوکاتالیست فاز مخلوط اکسید تیتانیوم است تا با نمونه تجاری P25 قابل‌ رقابت بوده و همچنین از مسیر تهیه ساده‌تری به‌دست آید.

وی همچنین مهم‌ترین دستاوردهای این پروژه را تهیه اکسید تیتانیوم با فاز مخلوط از طریق فرآیند ساده آندیزه کردن در ولتاژ بالا در محلول قلیایی و تهیه فتوکاتالیست با فاز مخلوط مشابه نمونه تجاری P25 می‌داند.

پژوهشگر پژوهشکده تغییر اقلیم و گرمایش زمین دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان یادآور شد: بنا به آمارهای موجود، نیاز بشر به سوخت‌های فسیلی رو به افزایش بوده و در عین حال منابع سوخت‌های فسیلی رو به پایان است. همچنین استفاده افسارگسیخته از سوخت‌های فسیلی، آلودگی محیط‌زیست و همچنین افزایش دمای کره زمین را به همراه داشته است. به همین دلیل استفاده از انرژی خورشید می‌تواند یکی از بهترین روش‌ها برای چیره‌شدن بر این چالش جهانی باشد. کاربرد این دستاورد در صنایع ساخت سلول‌های خورشیدی، تبدیل انرژی نور خورشید به سوخت­‌های پاک و تخریب آلاینده‌های ارگانیک از طریق اکسایش فتوالکتروشیمیایی است.

وی در ادامه گفت: کشور ما در بیشتر روزهای سال دارای هوای آفتابی است، بنابراین با سرمایه‌گذاری در مراحل تحقیقاتی بعدی پروژه می‌توان به نتایج چشمگیرتری در زمینه تبدیل انرژی خورشید به سوخت­‌های پاک دست یافت. همچنین در ادامه طرح می‌توان با بررسی و امکان‌سنجی جذب دی‌اکسیدکربن و گازهای آلاینده دیگر در محلول­‌های آبی، آن‌ها را به صورت فتوالکتروشیمیایی به مواد شیمیایی کم‌خطرتر و همچنین مفیدتر کاهش داد. به این ترتیب هم می‌توان از آلودگی هوا کاست و هم از طریق کاهش فتوالکتروشیمیایی دی‌اکسیدکربن به فرمالدئید، فرمیک اسید و نهایتاً متانول، انرژی خورشید را در مولکول‌های شیمیایی ذخیره‌سازی کرد.

نجف‌پور درباره نتایج مهم این پژوهش گفت: هزینه ساخت کاتالیست به علت عدم استفاده از پیش‌­ماده­‌های گران‌قیمت بسیار پایین است و روش ساخت بسیار ساده و سریع است (آندیزه شدن به مدت ۱۰ دقیقه)، همچنین خاصیت نانویی این نانوکاتالیست از طریق تولید مسیرهای بازتابشی مضاعف باعث افزایش جذب نور در ناحیه مرئی و سطح فعال بسیار بیشتر می‌شود که نقش اصلی در بهبود سرعت واکنش شکست آب را ایفا می‌کند.

وی در پایان گفت: هرچند این طرح تحقیقاتی در زمینه تبدیل انرژی خورشید می‌تواند در مراحلی همچون تصفیه آلاینده‌­های آلی به مقیاس صنعتی و تجاری برسد، اما ممکن است هنوز تا صنعتی و تجاری‌شدن برای اکسایش آب به صورت فتوالکتروشیمیایی با چالش مواجه باشد. اما نکته اصلی در این امر نهفته است که در آینده نه‌چندان دور با اتمام منابع سوخت‌های فسیلی یکی از مهم‌ترین فناوری‌های موردنیاز برای کشور خواهد بود. پس بصیرت و دوراندیشی برای سرمایه‌گذاری مالی و پشتیبانی و حمایت از هم‌اکنون می‌تواند کمک مهمی برای کشور در عبور از این مرحله باشد.

نتایج این طرح که حاصل همکاری دکتر محمدمهدی نجف‌پور، مهدی خسروی و هادی فیضی پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان و دکتر بهزاد حقیقی از دانشگاه شیراز است، با عنوان A simple, facile and low-cost method for the preparation of mixed-phase titanium oxide: Toward efficient photoelectrochemical water oxidation در مجله New Journal of Chemistry با ضریب تأثیر ۳٫۰۶۹ ( سال ۲۰۱۹) منتشر شده است.

انتهای پیام