Index
ورود کاربر
Telegram RSS ارسال به دوستان نسخه چاپی ذخیره خروجی XML خروجی متنی خروجی PDF
کد خبر : 162599
تاریخ انتشار : 31 تیر 1391 0:0
تعداد مشاهدات : 71

موفقيت محققان ايراني در درک بهتر مکانيزم اکسايش آب در فتوستنز مصنوعي

علمي و فناوري - فناوري: پژوهشگران دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان در تحقیقاتي گسترده موفق به شناسایی نانواکسیدهای منگنز به عنوان ترکیبات فعال در روند اکسایش آب در حضور کمپلکس های منگنز شدند. به گزارش پایگاه اطلاع رسانی دستاوردهای انقلاب اسلامی به نقل از سرويس فناوري ايسنا، این شناسایی مشخص می کند در واکنش های اکسایش آب که از واکنش های بنیادی در تولید هیدروژن از آب است، بسیاری از کمپلکس های منگنز به نوعی نانوذره اکسيد منگنز تجزیه شده و سپس این ترکیب به عنوان کاتالسیت واقعی، آب را اکسید می کند. فتوسنتز مصنوعی و شناسایی مکانیزم اکسایش آب می تواند در ذخیره ارزان انرژی خورشیدی نقش مهمی داشته باشد. اخیرا زمینه پژوهشی با عنوان فتوسنتز مصنوعی مورد توجه قرار گرفته که هدف آن تقلید هوشمندانه از فرایند فتوسنتز طبیعی در جهت سنتز مواد مفید یا ذخیره انرژی با استفاده از انرژی خورشیدی است. این زمینه موارد مختلفی از تلاش برای تولید گیاهانی با توانایی تولید محصولات بیشتر و مصرف آب کمتر تـا تجزیه آب با کمک نور خورشید و استفاده از هیدروژن به عنوان منبع ذخیره انرژی خورشیدی را در بر می گیرد. در سال هاي اخير تلاش هايي براي دستيابي به موادي كه بتوانند آب را به عناصر سازنده خود، هيدروژن و اكسيژن، تجزيه كنند در حال انجام است. مهمترين مشكل در تجزيه آب به هیدروژن و اكسيژن، اكسايش آب است كه با انرژي فعال سازي زيادي همراه است. اين انرژي فعال سازي نه تنها باعث هدر رفتن مقدار زيادي انرژي مي شود، بلكه انرژي اضافي اعمال شده باعث اكسايش انواع تركيبات موجود در آب مي شود كه خود عامل مزاحمي براي اقتصادي شدن اين فرايند است. موفقيت محققان ايراني در درک بهتر مکانيزم اکسايش آب در فتوستنز مصنوعي کارهای تحقیقاتی انجام شده در دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان از دو مرحله متفاوت برخوردار بود. در مرحله اول تحقیقات گسترده ای در زمینه اکسایش آب به وسیله اکسید منگنز صورت گرفت. مجموع نتایج این مرحله از تحقیقات به یک مقاله مروری در این زمینه انجامید. مرحله دوم این کار تحقیقاتی نیز با آزمایش ها و مشاهداتی همراه بود که به شناسایی نانواکسیدهای منگنز به عنوان ترکیبات فعال در اکسایش آب در اثر تجزیه کمپلکس های منگنز منجر شد. دکتر محمد مهدی نجف پور از دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، دارنده مقام نخست هشتمین المپیاد دانشجویی و دوازدهمین جشنواره جوان خوارزمی بخش پژوهش های بنیادی با همکاری استاد «AllakhverdievSuleyman» یکی از دانشمندان روسیه موفق به چاپ یک مقاله مروری در زمینه اکسایش آب به وسیله ترکیبات منگنز شدند. نجف پور در این باره گفت: در مقاله مروری علاوه بر کارهای گزارش شده توسط دیگران، نتایج پژوهش های گروه ما شامل راهبردهای جدید در سنتز ترکیبات جدید یا به کارگیری اکسیدهای منگنز مختلف در اکسایش آب و همچنین اطلاعات جدید و البته مختصری در مورد مکانیسم واکنش اکسایش آب در حضور اکسیدهای منگنز ارائه شده است. نجف پور با بيان اين كه كارهای تحقیقاتی که در قالب مقاله مروری نیز ارائه شده است از بخش های متفاوتی برخوردار بود، اظهار كرد: با توجه به مقاله مروری تهیه شده اکثر کارهای پژوهشی در قالب «بررسی و مطالعه آنزیم هایی که قادرند با سرعت بالا اکسایش آب را انجام دهند»، «طراحی اولیه و مطالعات ترکیباتی که قادرند آب را اکسید کنند. این طراحی با شناسایی هنرهای طبیعت در اکسایش آب می تواند هوشمندانه تر شود»، «سنتز ترکیبات و تلاش برای سنتز ترکیباتی با کارایی بالاتر مثلا کوچک کردن این ذرات در حد نانو» و «شناخت مکانیسم و عوامل مختلف تاثیر گذار در اکسایش آب» صورت گرفته بودند. وي با اشاره به این که این کار باعث زمینه سازی کارهای تحقیقاتی جدید شده است، افزود: با استفاده از دستاوردهای به دست آمده، تحقیقاتی در مرحله دوم برای شناسایی مکانیزم سیستم اکسایش آب صورت گرفت. به تازگي این تحقیقات در مرحله دوم وارد فاز عملیاتی و آزمایشگاهی پیچیده تر شده و تلاش های دکتر نجف پور به همراهی عاطفه نعمتی مقدم، دانشجوی کارشناسی ارشد منجر به شناسایی نانواکسیدهای منگنز به عنوان ترکیبات فعال در روند اکسایش آب در حضور بسیاری از کمپلکس های منگنز شده است. نجف پور اضافه کرد: در مقاله پژوهشی با بررسی نتایج چندین تکنیک معمول در شیمی و نانوشیمی ابتدا موفق شدیم شباهت هایی در واکنش چندین کمپلکس منگنز با سریم (IV) که یک اکسیدکننده متداول و پرکاربرد در واکنش های اکسایش آب است، پیدا کنیم. سپس با بررسی بیشتر، نوعی نانواکسید منگنز را در یکی از کمپلکس های فعال در اکسایش آب شناسایی کردیم و در نهایت این نانواکسیدها در دیگر واکنش ها با کمپلکس های مشابه یافت شد. به عبارت ساده ما پیشنهاد کردیم در بسیاری از این نوع واکنش ها ابتدا کمپلکس تخریب می شود و بعد محصول تخریب که نوعی منگنزاکسید است، در واکنش اکسایش آب شرکت می کند. وي در مورد این مقاله پژوهشی با اشاره به مراحلی که در آن صورت گرفته است، تصريح كرد: در این کار پژوهشی همچنين به بررسی بسیاری از مقالات مرتبط با اکسایش آب در حضور کمپلکس های منگنز به عنوان دستاوردهای همین مقاله مروری پرداخته شد. سپس با سنتز چندین کمپلکس منگنز، بررسی شباهت ها و تفاوت های واکنش آنها در حضور سریم (IV) صورت گرفت. با بررسی واکنش های تخریبی این ترکیبات، تلاش هایی برای شناسایی محصولات حاصل از تخریب انجام شد که این تلاش ها منجر به شناسایی نانو اکسید منگنز به عنوان یکی از محصولات تخریب شد. از آنجا که نانواکسیدهای منگنز ترکیبات بسیار فعالی در اکسایش آب هستند، به عنوان کاتالیت واقعی معرفی شده اند. از طرفی این نانو ترکیبات منگنز کاربردهای دیگری هم در صنایع پتروشیمی دارند و می توانند به عنوان کاتالیست یا اکسید کننده برای اکسایش ترکیبات آلی به دیگر ترکیبات مفید، مورد استفاده قرار گیرند. نتایج این مقاله پژوهشی می تواند به درک بهتر مکانیسم اکسایش آب و طرح بهتر کاتالیست های اکسنده آب منجر شود. همچنین می تواند در مورد انتخاب نوع ترکیب و مکانیسم اکسایش آب در حضور کمپلکس های منگنز اطلاعات جدید و مفیدی در اختیار پژوهشگران در این زمینه قرار دهد. نتایج مقاله مروری در مجله «International Journal of Hydrogen Energy» (جلد 37، شماره 10، می سال 2012) منتشر شده است. همچنین نتایج مقاله پژوهشی توسط مجله «Dalton Transactions» روی تارنمای این مجله (DOI:10.1039/C2DT30965C سال 2012) قرار داده شده و به زودی منتشر خواهد شد.