به گزارش بهمن به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در یک همکاری علمی بین المللی، دکتر مرضیه جدا، پژوهشگر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، با ساخت و توسعه الکترودهای نانوساختار اکسید منگنز بر پایه گرافیت (MnOx/Graphite)، به سیستم ای الکتروشیمیایی برای اکسیداسیون مستقیم محلول های رقیق آمونیاکی و تولید هم زمان گاز نیتروژن و هیدروژن دست یافته است. این الکترودها به علت ساختار مناسب، سطح فعال بالا و عملکرد الکتروشیمیایی مطلوب، علاوه بر کاربرد بالقوه در فناوری های ذخیره سازی انرژی، بخصوص ابرخازن ها و باتری ها، می توانند برای تصفیه پساب های آمونیاکی و حذف آلاینده آمونیاک همراه با تولید هیدروژن نیز مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش با راهنمایی دکتر نرگس فلاح، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، و مشاوره پروفسور چین پائو هانگ از دانشگاه دلاور آمریکا انجام شده است.
از مهم ترین دستیافته های این مطالعه، رسیدن به عملکرد الکتروشیمیایی در ولتاژ عملیاتی حدود ۰٫۶ ولت و کاهش قابل توجه انرژی مورد نیاز برای اکسیداسیون آمونیاک است. همچنین، در شرایط بهینه آزمایشگاهی، غلظت آمونیاک به کمتر از ۱ ppm کم شده و امکان تبدیل آن به گاز نیتروژن همراه با تولید هیدروژن مورد بررسی و تأیید قرار گرفته است.
در این مطالعه، الکترودها با روش الکترودیپوزیشن (Electrodeposition) ساخته شدند و بیشتر از ۳۰۰ نمونه با ترکیب ها و شرایط مختلف ساخت و عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفتند. جهت بررسی ساختار و خاصیت های سطحی الکترودها از روش هایی مانند FE-SEM، EDS، AFM و XPS استفاده شد. همچنین، عملکرد الکتروشیمیایی آنها با آزمون هایی مانند پلاریزاسیون تافل (Tafel Polarization)، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و آزمون های دوام و پایداری ارزیابی شد. این بررسی ها به شناسایی الکترودهای مناسب تر و انتخاب شرایط بهینه برای افزایش فعالیت و طول عمر آنها کمک کرد.
از مهم ترین نوآوری های این مطالعه می توان به ساخت الکتروکاتالیست یکپارچه، بادوام و کم هزینه بدون نیاز به بایندر، تنظیم و مهندسی فازهای مختلف اکسید منگنز برای بهبود عملکرد و پایداری، افزایش ظرفیت الکتروشیمیایی زیرلایه گرافیتی تا ۱۵ برابر و استفاده از مدلهای هوشمند برای پیشبینی و بهینه سازی عملکرد الکترودها اشاره نمود. همچنین، طراحی الکترودهای پیشرفته برای ذخیره سازی انرژی و بررسی سازوکار واکنش اکسیداسیون انتخابی آمونیاک با بهره گیری از شبیه سازی دینامیک مولکولی، محاسبات DFT و یادگیری ماشین، از دیگر بخش های این مطالعه است.
این فناوری می تواند به توسعه روشهای کم مصرف برای حذف آمونیاک، تولید هیدروژن و استفاده بهتر از محلول های آمونیاکی در سامانه های انرژی پاک کمک نماید. همچنین، امکان استفاده از آن برای کاهش آلودگی ناشی از آمونیاک در پساب های صنعتی، بخصوص در صنایع پتروشیمی، پالایشگاهی و تولید کودهای شیمیایی، وجود دارد.
نتایج این مطالعه در چارچوب چهار مقاله علمی در حوزه های الکتروشیمی، ذخیره سازی انرژی و محیط زیست تدوین شده است. یکی از این مقالات در ژورنال معتبر Journal of Power Sources انتشار یافته و سه مقاله دیگر نیز به ترتیب در مرحله داوری در ژورنال Advanced Energy Materials، بعد از ارسال به ژورنال Renewable and Sustainable Energy Reviews و در مرحله غائی سازی برای ارسال به ژورنال تراز اول Energy & Environmental Science قرار دارند. این مجموعه، نشان دهنده ابعاد علمی و بین رشته ای پژوهش و ظرفیت آن برای انتشار در مجلات معتبر بین المللی است.
گام بعدی این مطالعه، گسترش فناوری در مقیاس نیمه صنعتی، آزمایش آن با محلول ها و پساب های واقعی صنعتی، افزایش طول عمر الکترودها و طراحی راکتورهای بزرگ تر است.
به طور خلاصه این مطالعه با راهنمائی دکتر نرگس فلاح، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، و مشاوره پروفسور چین پائو هانگ از دانشگاه دلاور آمریکا انجام شده است. یکی از این مقالات در ژورنال معتبر Journal of Power Sources منتشر شده و سه مقاله دیگر هم به ترتیب در مرحله داوری در ژورنال Advanced Energy Materials، پس از ارسال به ژورنال Renewable and Sustainable Energy Reviews و در مرحله غائی سازی برای ارسال به ژورنال تراز اول Energy & Environmental Science قرار دارند. این مجموعه، نشان دهنده ابعاد علمی و بین رشته ای پژوهش و ظرفیت آن برای انتشار در مجلات معتبر بین المللی است.
