اقترح العلماء من الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" بالتعاون مع زملائهم من الجامعات الأجنبية، طريقة جديدة للحصول على الهيدروجين، تستثني استخدام المعادن النادرة الباهظة الثمن في عملية تحليل الماء.
يشار إلى أن المادة التي يقترحها العلماء تفتح الباب أمام إمكانية إدخال محفزات فعالة ثنائية الأبعاد، علماً أن هذه الدراسة تم نشرها في المجلة الدولية ACS Energy Letters.
الجدير بالذكر أن الطاقة الخضراء البديلة باتت في الآونة الأخيرة تستخدم على نطاق واسع، حيث تحتل أبسط الطرق المراكز الأساسية لدى توليد الطاقة مثل استخدام طاقة الشمس والرياح.
في حين تعتمد فعالية تخزين هذه الطاقة واستخدامها على طريقة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية للوقود المركب.
يعتبر الهيدروجين أفضل أنواع الوقود الذي يمكن الحصول عليه من الطاقة الكهربائية الخضراء، مع الأخذ بعين الاعتبار أن كمية الحرارة أثناء احتراق الهيدروجين أعلى بعدة مرات من كمية الهيدروكربونات، ويتم الحصول على الماء فقط، الذي لا يشكل تهديداً للبيئة.
ومع ذلك فإن طرق الحصول على الهيدروجين هي إما مكلفة للغاية في الوقت الحالي أو لا تتمتع بالمستوى المطلوب من الكفاءة والفعالية.
تعتبر عملية التحليل الكهربائي الطريقة الأنجع للحصول على الهيدروجين، أي أن الحديث يدور عن تحلل الماء في المحفز إلى الأوكسجين والهيدروجين من خلال الكهرباء.
ويعتبر البلاتين هو أكثر المحفزات فعالية، لكنه معدن مكلف ونادر.
ومع ذلك فإن المشكلة ليست فقط في التكلفة وإنما في كفاءة عملية المحفز نفسه، إذ أن سطح عنصر البلاتين هو فقط يشارك في التفاعل وباقي الكتلة تعتبر زيادة.
قد يكون الحل في استخدام الألواح بسماكة ذرة واحدة، لكن بنية البلاتين لا تسمح بتصنيع عناصر مستقرة ثنائية الأبعاد.
وفي هذا الصدد يوضح زاخار بوبوف كبير الباحثين في مختبر المواد النانوية غير العضوية في جامعة "ميسيس" الروسية، قائلاً :
"منذ ثلاثينات القرن الماضي تبين أن البلورات ثنائية الأبعاد ستكون غير مستقرة، لكن الدراسات الحديثة دحضت هذه النظرية بالنسبة للمركبات ذات الروابط التساهمية.
هذا الأمر أعطى نظرة جديدة حول إمكانية إنشاء محفزات ثنائية الأبعاد".
علماء جامعة "ميسيس" بالتعاون مع زملائهم من المجر، وبالتحديد من معهد الفيزياء التقنية وعلوم المواد، ومركز أبحاث الطاقة، والأكاديمية العلوم المجرية، ومن كوريا الجنوبية، وبالتحديد من معهد البحوث الكورية لتوحيد المعايير والعلوم، عثروا من خلال دراسة فئة جديدة لمواد ثنائية الأبعاد، على مواد قادرة أن تلبي متطلبات خبراء الطاقة، والحديث يدور عن أن ثنائي كبريتيد الموليبدينيوم (MoS2) ثنائي الأبعاد الذي أظهر خصائص ضرورية أثناء الأكسدة القوية.
في هذا السياق أشار بافل سوروكين الباحث في مختبر المواد النانوية غير العضوية من جامعة "ميسيس" قائلاُ:
"تم اعتبار مركب ثاني كبريتيد الموليبدينيوم مادة محفزة، حتى قبل ان نكتشف أنه قادر على التأكسد بقوة.
ومع ذلك لم يحدث التحفيز الكيميائي إلا على طول حواف الصفيحة، في حين أن الأكسدة سمحت باستخدام السطح بالكامل بسبب الميزة الفريدة لهذه المادة، بمعنى أنه تشكلت مراكز أحادية ذرية على سطح المادة، حيث يحدث التفاعل الكيميائي".
وبحسب قول الباحث بافل، فإن مسألة استخدام المواد ثنائية الأبعاد كعوامل محفزة مازالت في مرحلة الدراسة الأولية في المختبرات وكذلك ضمن إطار النمذجة النظرية.
إذ أن المجال الرئيسي لدراسة هذه المحفزات مازال ضمن إطار أشباه الموصلات للأجهزة الالكترونية.
حالياً أظهر العلماء فعالية العينات المختبرية، علماً أن عملية إدخال هذه التكنولوجيا واستخدامها هي مسألة يمكن تحقيقها في المستقبل. ويواصل الفريق العلمي نشاطه في مجال البحث عن مركبات واعدة ثنائية الأبعاد لتحقيق عملية التحفيز.