نگهداری هیدروژن با یاری شکلات های نانو! - مجله فان پی سی

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، شاید یک روش نوآورانه بتواند نانوذرات را به مخازن ساده ای برای ذخیره هیدروژن تبدیل کند. گاز بسیار فرار، یک حامل امیدوارنماینده انرژی برای آینده در نظر گرفته می گردد که می تواند سوخت های سازگار با آب و هوا را برای هواپیماها، کشتی ها و کامیون ها فراهم کند و بعلاوه، به فراوری فولاد و سیمان سازگار با آب و هوا یاری کند. با وجود این، ذخیره هیدروژن، پرهزینه است، زیرا گاز باید در مخازن تحت فشار تا 700 بار نگهداری گردد یا باید به صورت مایع درآید که به معنای خنک کردن آن تا دمای منفی 253 درجه سلسیوس است. هر دو روش، انرژی زیادی را مصرف می نمایند.

گروهی از پژوهشگران آلمانی به سرپرستی آندریاس استیرل (Andreas Stierle)، رئیس آزمایشگاه نانو در مرکز تحقیقاتی دسی (DESY)، یک روش جایگزین را پایه گذاری نموده اند. روش آنها، ذخیره سازی هیدروژن در نانوذرات ساخته شده از فلز گرانبهای پالادیوم را پیشنهاد می دهد که قطر آن ها فقط 1.2 نانومتر است. این واقعیت که پالادیوم می تواند مانند یک اسفنج به جذب هیدروژن بپردازد، مدت هاست که شناخته شده است. استیرل گفت: با وجود این، خارج کردن دوباره هیدروژن از ماده تا به امروز مشکل ساز بوده است. به همین علت است که ما در حال آزمایش ذراتی از جنس پالادیوم هستیم که تنها حدود یک نانومتر قطر دارند.

پژوهشگران برای اطمینان از اینکه نانوذرات به اندازه کافی محکم هستند یا خیر، آن ها را با یک هسته ساخته شده از فلز کمیاب ایریدیوم تثبیت کردند. آن ها نانوذرات را به یک تکیه گاه از جنس گرافین متصل کردند. استیرل گفت: ما می توانیم ذرات پالادیوم را در فواصل دو و نیم نانومتری به گرافین بچسبانیم. این کار، یک ساختار منظم و دوره ای را پدید می آورد.

در این پژوهش، منبع اشعه ایکس مرکز تحقیقاتی دسی موسوم بهPETRA III برای مشاهده آنچه هنگام تماس ذرات پالادیوم با هیدروژن رخ می دهد، به کار رفت. هیدروژن به سطوح نانوذرات می چسبد و تقریبا هیچ اندازه از آن به داخل نفوذ نمی کند. نانوذرات را می توان شبیه شکلات تصور کرد؛ یک مهره ایریدیوم در مرکز واقع شده است که در لایه ای از پالادیوم پوشانده شده و از بیرون با هیدروژن پوشیده شده است. تنها چیزی که برای بازیابی هیدروژن ذخیره شده ضروری به نظر می رسد، افزودن اندازه کمی گرما است. هیدروژن به سرعت از سطح ذرات آزاد می گردد، زیرا مولکول های گاز مجبور نیستند از داخل خوشه خارج شوند.

استیرل گفت: ما در مرحله بعد می خواهیم بفهمیم که با استفاده از این روش نو، به چه اندازه ذخیره سازی می توان دست یافت. با وجود این، پیش از اقدام کردن برای کاربرد های عملی باید بر بعضی از چالش ها غلبه کرد. به عنوان نمونه، شکل های دیگری از ساختار های کربنی ممکن است حامل مناسب تری نسبت به گرافین باشند.

متخصصان در حال آنالیز کاربرد اسفنج های کربنی حاوی منافذ ریز هستند. مقادیر قابل توجهی از نانوذرات پالادیوم باید در این ذرات قرار بگیرد.

این پژوهش، در مجله ACS Nano به چاپ رسید.