كثيرًا ما دارت الأبحاث و التساؤلات عن إمكانية تحويل الماء إلى وقود، توصّل العلماء حديثًا في دراسةٍ جديدة أجُريت مؤخرًا من قبل باحثين في جامعة (Illinois at Urbana Champaig) إلى محفزٍ جديدٍ لتوليد الهيدروجين يزيل العديد من العقبات ويوفر الاستقرار و الكفاءة في الظروف الحمضية، وذلك بحسب ما ذكرت مجلة (Angewandte Chemie)
ساهم في البحث الطالب، بى-تشيه شيه (Pei-Chieh Shih) ، زيد البرداناند (Zaid Al-Bardanand) ، و الباحث في مختبر أرغون الوطنى تشنغ شون سون (Cheng-Jun Sun).
استطاع الباحثون التوصل لمادة محفزة (electrocatalytic) مصنوعة من مزيج من مركّبات فلزيةٍ مع حمض البيركلورك – يعتبر “electrocatalytic” محفز يستخدم في التفاعلات الكهروكيميائية يكون دور هذا المحفز زيادة أو تعديل معدل التفاعلات الكيميائية دون أن يُستهلك خلال العملية – وذلك عن طريق فك الروابط الكيميائية للماء وتحويلها لعناصرها الأولية.. الهيدروجين والأكسجين من خلال تطوير محفز هيدروجيني جديد يمكنه التخلص من جميع الشوائب الموجود في الماء بكفاءة أعلى.
تتم هذه العملية عن طريق استخدام مصدر كهربائي لفصل جزيئات الماء لأكسجين وهيدروجين. وباستخدام محلول حمضي قوي ومادة قطبية مصنوعة من مركبات فلزية مثل أكسيد الايريديم (Iridium oxide) أو ريثينيوم (Ruthenium oxide). و من الجدير بذكره أن أكسيد الايريديم أكثر استقرارًا من أكسيد الريثينيوم و يعتبر أقل العناصرِ وفرةً على سطح الأرض لذلك يسعى العلماء للبحث عن حلٍ بديل.
كما وصف الباحث المشارك في الدراسة والبروسيفور في الكيمياء والهندسة الحيوية الجزيئية في الجامعة – هونغ يانغ (Hong Yang) “الكثير من العلميات التي تَمَّت كانت باستخدام محلل كهربائي مصنوعٍ من عنصرين فقط ، أحدهما من المعادن والأكسجين” وذكر يانغ أنه لوحظ في دراسة حديثة أجراها أنه إذا كان المركب المستخدم يتكون من عنصرين فليزين (الايتريوم و الروثينيوم) كان معدل انفصال الماء أسرع بكثير ”
وجد يانغ وفريقه أن المادة المتكونة أكثر مسامية بأربعة أضعاف من مركب (Yttrium Ruthenate) وأكثر مسامية بثلاثة أضعاف من الايريديوم وأكسيد الروثينيوم المستخدم بشكل واسع تجاريًا. وأضاف يانغ “كان من المدهش أن نجد أن الحمض الذي اخترناه كمحفز لهذا التفاعل عمل على تحسين بنية المادة المتكونة أما عن الخطوات القادمة فيتطلع يانغ وفريقه لصناعة جهاز مخبري لإجراء المزيد من الاختبارات وتحسين ثبات واستقرار الالكترويد المادة المستخدمة في الوسط الحمضي”
وذكر باحث مشارك آخر في الدراسة وعضو في فريق يانغ البحثي، ياو تشين ” أنه خلال الدراسة الأولية والتي كانت مدعومة بالإجراءات المدروسة للوصول لمادة جديدة تم استخدام أنواع مختلفة من الأحماض ودرجات حرارة عالية لزيادة معدل انفصال الماء” كما وجد الباحثون أنه عندما استخدموا حمض البيركلورك كمحفز للتفاعل وبوسط حراري مناسب. أن التركيبة الفيزيائية لناتج التفاعل (Yttrium Ruthenate) قد تغير.
كما وصفها الباحث المشارك الآخر (Jaemin Kim) ” أصبحت المادة المتكونة أكثر مسامية، وبلورية الشكل، ومختلفة تمامًا عن النتائج التي توصلنا لها في دراساتٍ سابقة”
يمكن لهذه المادة المسامية المتكونة (Pyrochlore Oxide of Yttrium Ruthenate) تقسيم جزيئات الماء بكفاءة وجودة أعلى. كما يمكن انتاج هذه المسامات صناعيًا عن طريق استخدام قوالب يُطلق عليها “Nanometer-sized templates” وباستخدام مواد أخرى يمكنها جعلها على هيئة سيراميك. ومع ذلك لا يمكن لتلك أن تتحمل درجات الحرارة العالية المطلوبة لصنع محفزات صلبة بكفاءة عالية “High-quality solid catalysts ”
وأضاف يانغ ” إن استقرار الأقطاب في الوسط الحمضي سيشكل تحديًا دائمًا، لكن ما توصلنا إليه شيء جديد ومختلف تمامًا مقارنةً بكل النتائج التي توصلنا لها في دراساتٍ سابقة في نفس المجال. ستكون هذه الدراسة مفيدةً جدًا خصوصًا فيما يتعلق بانتاج الهيدروجين واستخدامه في الطاقة المستدامة في المستقبل”