به گزارش روز پنجشنبه گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، نتایج آزمایشها نشان میدهد این ماده نهتنها در واکنش کاهش اکسیژن عملکردی بهتر از بسیاری از کاتالیزورهای متداول دارد، بلکه در باتری روی-هوا نیز ولتاژ، چگالی توان، ظرفیت ویژه و پایداری چرخهای بالاتری نسبت به کاتالیزورهای تجاری مبتنی بر فلزات گرانبها مانند پلاتین ارائه میدهد. این دستاورد میتواند گامی مهم در توسعه سامانههای ذخیره و تبدیل انرژی پاک با هزینه کمتر و دوام بیشتر باشد.
با گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، نیاز به سامانههای ذخیرهسازی انرژی کارآمد، ارزان و پایدار بیش از گذشته احساس میشود. باتریهای روی-هوا یکی از گزینههای امیدوارکننده برای این منظور هستند، زیرا از چگالی انرژی بالا، ایمنی مناسب و هزینه نسبتاً پایین برخوردارند. با این حال، عملکرد این باتریها تا حد زیادی به سرعت واکنش کاهش اکسیژن (ORR) در الکترود هوا وابسته است؛ واکنشی که به طور طبیعی کند انجام میشود و یکی از مهمترین موانع افزایش بازده این فناوری به شمار میرود.
در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه مراغه با همکاری محققانی از آکادمی علوم چین، دانشگاه نینگبو و دانشگاه ونژو، نانوکاتالیزور جدیدی طراحی کردهاند که میتواند این محدودیت را تا حد زیادی برطرف کند. بخش نانویی این پژوهش در طراحی نانوساختارهای کربنی توخالی موسوم به «نانونی کربنی» (Carbon Nanostraws) و ایجاد مراکز فعال کبالت-نیتروژن (Co-Nx) در مقیاس نانو نهفته است. این نانوساختارها به عنوان بستری برای تثبیت مولکولهای فتالوسیانین آهن (FePc) عمل میکنند و با افزایش سطح فعال و بهبود انتقال الکترون، کارایی کاتالیزور را به شکل محسوسی افزایش میدهند.
پژوهشگران برای ساخت این ماده، ابتدا پیشمادهای بر پایه چارچوبهای آلی فلزی (MOF) حاوی ایندیوم و کبالت تهیه کردند. این پیشماده با استفاده از اصل همشکلی (Isomorphism) سنتز شد تا یونهای کبالت به طور یکنواخت در ساختار آن توزیع شوند. سپس طی فرآیند کربنیزه کردن و نیتریداسیون در دمای بالا، ساختاری توخالی و لولهمانند از کربن به دست آمد که در آن تعداد زیادی مراکز فعال Co-Nx ایجاد شده بود.
در مرحله بعد، مولکولهای فتالوسیانین آهن روی این نانوساختار تثبیت شدند. فتالوسیانین آهن یکی از شناختهشدهترین …
