الشبكة اليمنية للعلوم والبيئة (يمن ساينس) موقع يهتم بأخبار العلوم والتكنولوجيا والصحة والبيئة والسكان
مقالات مشابهة
اكتشف فريق من العلماء في الأكاديمية الصينية للعلوم محفّزًا يعتمد على الحديد يتميز بأداء عالٍ وبفعالية مثيرة لاستخدامه في خلايا الوقود من نوع المحيط التبادلي للبروتون (PEMFC)—وهي خلايا تولّد الكهرباء باستخدام الهيدروجين والأكسجين دون إطلاق ملوّثات، حيث يكون الماء مخرجًا وحيدًا.
القصة العلمية المبسّطة
يُعد الاعتماد الحالي والخارج عن المتناول في أغلب الخلايا الوقودية على البلاديوم الثمين عائقًا أمام التوسع العملي في استخدام هذه التقنية. وقد طوّر باحثو الأكاديمية تصميمًا جديدًا يعتمد على الحديد، مستندًا إلى آلية “تنشيط داخلي، حماية خارجية” لتعزيز الأداء والمتانة.
ما الجديد في تصميم المحفّز؟
• استخدم الباحثون بنية نانوية مجوفة متعددة القشور (HoMS)، على مستوى 10 ن‑م × 4 ن‑م، حيث يتمركز الحديد في الطبقات الداخلية فقط، بينما تعمل الطبقات الخارجية من الكربون على حماية وتنظيم التفاعلات.
• هذه الطبقات الخارجية تساعد على تخفيف قوة ارتباط مواد الأكسجين النشطة (intermediates)، وتقليل إنتاج جذور الهيدروكسيل الضارة، وهو ما يؤدي إلى بيئة مواتية للأداء الفعّال وطويل الأمد.
الأداء والنتائج
• سجّل المحفّز قيمة توتر أكسدة الأوكسجين منخفضة تبلغ 0.34 فولت—أفضل من الهياكل المسطّحة التقليدية.
• حقّق كثافة طاقة قياسية تصل إلى 0.75 W/cm² تحت ظروف اختبارات (H₂‑air عند ضغط 1 بار)، مع احتفاظ بنسبة 86% من الأداء بعد أكثر من 300 ساعة تشغيل مستمرة.
المقاربة العلمية والتفسير
• التركيب الإلكتروني: كشف التحليل الطيفي باستخدام الضوء التزامني (السينكروترون) أن ذرات Fe داخل البنية ترتبط بعيارة أكسدة +2، وهي منظمة في تركيب FeN₄C₁₀، بحسب تحليل Mössbauer الذي بيّن أن 57.9% من مواقع Fe تكون في حالة D1 منخفضة الدورانية وفعّالة في التفاعل.
• الديناميكا الجزيئية والتفاعلات: التشكيل المنحنٍ لوحدات HoMS يقوّي ارتباط الوسط التفاعلي الداخلي، غير أن القشرة النيتروجينية الخارجية تخلق تنافرًا كهربائيًا بالغًا (0.63–1.55 eV) مع الأكسجين، ما يكسر العلاقة الخطية المعتادة بين ΔGOH وΔGO وΔG*OOH، ومن ثم يعزز النشاط التحفيزي.
أهمية الدراسة والسياق الأوسع
هذا الاختراق يفتح آفاقًا لتقليل الاعتماد على المعادن الثمينة في خلايا الوقود، ما يُعد خطوة نحو حلول تنظيفية وفعّالة للطاقة. يوفر هذا المحفّز الحديدي عالي الفعالية والمتانة بديلاً عمليًا أكثر استدامة من البلاديوم، ما قد يُسهم في تسريع تبنّي الطاقة الهيدروجينية في قطاعي النقل والطاقة.
