نشر مقالة لأستاذ في جامعة شريف بمجلة جمعية الكيمياء الألمانية

ووفقاً لما ورد من جامعة شريف الصناعية، جاء في جزء من هذا المقال: يُعتبر تفكيك جزيئات الماء باستخدام الطاقة المتجددة وإنتاج الهيدروجين أحد الطرق الواعدة لتخزين الطاقة.

 

هذه العملية، وخاصة في سياق استخدام الطاقة المتجددة بدلاً من الوقود الأحفوري، توفر إمكانية التحرك بشكل أسرع نحو الاستخدام الواسع للطاقة النظيفة. ومع ذلك، فإن تفكيك الماء يتأثر بشكل كبير بتفاعل أكسدة الماء الذي يُعد تفاعلاً معقداً يتضمن أربعة إلكترونات.

 

لذلك، فإن تطوير وتحديد المحفزات الفعالة في أكسدة الماء يعد أمراً ذا أهمية كبيرة. يلعب هذا التفاعل دوراً رئيسياً في مجالات مثل إنتاج الطاقة، الكيمياء الصلبة، الكيمياء غير العضوية، الكهروكيمياء، التركيب الضوئي الاصطناعي، الفوتوكاتاليست والكهروكاتاليست والعديد من الأبحاث الأخرى.

 

في هذا السياق، تُعتبر مركبات النيكل الأكسيدية من بين أفضل المحفزات المعروفة لأكسدة الماء في البيئات القلوية، حتى عند إضافة كميات ضئيلة من الحديد. وقد تم اقتراح هذه المركبات كمواد مثالية في هذا المجال نظراً لاستقرارها العالي وتكلفتها المنخفضة.

 

ومع ذلك، فإن نتائج الدراسات التي أجرتها مجموعات بحثية مختلفة حول هذه المركبات غالباً ما لا تتوافق تماماً مع بعضها البعض، مما يدل على التعقيدات الموجودة في هذه الأنظمة.

 

في دراسة شاملة استمرت خمس سنوات قام بها كل من الدكتور محمدمهدي نجف‌بور ونادر أكبري بالتعاون مع باحثين بارزين من مراكز بحثية متعددة في كوريا الجنوبية وبولندا والصين، نُشرت في مجلة جمعية الكيمياء الألمانية Angewandte Chemie International Edition ذات معامل التأثير 16.1، وتمت دراسة الهياكل والخصائص الإلكترونية لمركبات النيكل- الحديد تحت ظروف أكسدة الماء باستخدام تقنيات متقدمة مثل مطيافية موزباور، وتحليل الأشعة السينية، ومطيافية رامان والعديد من التقنيات الأخرى.

 

أدت نتائج هذه الأبحاث إلى تقديم فرضية شاملة يمكن أن تفسر العديد من التناقضات الموجودة في الدراسات السابقة وتقدم رؤية جديدة حول آلية تفاعل أكسدة الماء في هذه المركبات.

 

إحدى النتائج الرئيسية لهذه الدراسة هي وجود أيون الحديد (IV) في بنية هذه المركبات. تظهر هذه الأيونات بشكلين مختلفين: الأيونات السطحية التي تعمل كمراكز رئيسية لتفاعل أكسدة الماء والأيونات الموجودة داخل البنية التي تلعب دوراً مهماً في تجمع الشحنة وليس أكسدة الماء.

 

أيضاً، بناءً على هذه الفرضية، يتم تنشيط مراكز مختلفة في تفاعل أكسدة الماء عند إمكانات كهربائية مختلفة؛ بمعنى آخر، لا يتحمل نوع واحد محدد مسؤولية تفاعل أكسدة الماء في جميع الإمكانات.

 

تقدم هذه الدراسة بالإضافة إلى تقديم رؤى جديدة حول آليات أكسدة الماء في مركبات النيكل- الحديد، طرقاً جديدة لتحسين المحفزات القائمة على هذه المركبات.