إيران تبتكر أطراً نانوية لتخزين الطاقة وتنقية المياه

قام باحثون من جامعة "زنجان" في إيران، خلال دراسة حديثة لهم بفحص كيفية تصنيع الأطر العضوية المعدنية القائمة على السيريوم Ce-MOFs، والتي لفتت الانتباه بشكل كبير بسبب خصائصها الفريدة.

وبفضل هياكل هذه الأطر المسامية وقدرتها على الاستجابة للظروف البيئية، يمكن لهذه المواد أن تُستخدم في مجالات متنوّعة مثل التحفيز، وتخزين الطاقة، وامتصاص الغاز، وتنقية المياه، وفق الدراسة.

وتُعدّ الأطر العضوية المعدنية واحدة من أهمّ التطوّرات في علم المواد في السنوات الأخيرة. وبفضل هياكلها المسامية ومساحاتها السطحية العالية، يمكن أن يكون لهذه المواد تطبيقات واسعة في تخزين الغازات، وفصل المواد، والتحفيز، وحتى تنقية المياه.

ومن بين أنواع الأطر العضوية المعدنية MOFs المختلفة، تتميّز الأطر القائمة على السيريوم Ce-MOFs بخصائص فريدة مثل القدرة على الاستجابة للظروف البيئية، مما يمنحها تطبيقات خاصة.

وسعى الباحثون في هذه الدراسة إلى إيجاد طرق جديدة لتركيب وتحسين هذه المواد بخصائص محدّدة لتطبيقات متنوّعة، كما قامت بتسليط الضوء على التحدّيات والآفاق المستقبلية لاستخدامها في العالم الحقيقي.

الأبحاث الحديثة على Ce-MOFs لا تركّز فقط على اكتشاف هياكل جديدة لهذه المواد، ولكن أيضاً على تطوير طرق صديقة للبيئة لإنتاجها على نطاق صناعي.

ويتمثّل أحد الجوانب البارزة في هذا البحث في تركيب Ce-MOFs باستخدام طرق صديقة للبيئة وفي ظروف مناسبة. وهذه الطرق لا تقلّل التكاليف فحسب، بل توفّر أيضاً إمكانية الإنتاج على نطاق واسع لـ Ce-MOFs، إضافة إلى ذلك، تمّت دراسة طرق مختلفة لتركيب هذه المواد، بما في ذلك تعديل ظروف التخليق، واختيار ليجاندات مختلفة، وتغيير في الهياكل البلورية.

 تطبيقات Ce-MOFs المتنوّعة:

– التحفيز والتحفيز الضوئي: بفضل هياكلها المسامية، يمكن استخدام Ce-MOFs كمحفّزات فعّالة في تفاعلات كيميائية متنوّعة. وتناول هذا البحث استخدام Ce-MOFs في العمليات الضوئيوكيميائية وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية.

– تخزين الطاقة وتحويلها: بسبب خصائصها الهيكلية، يمكن أن تؤدّي Ce-MOFs دوراً هاماً في تخزين الطاقة، خاصة تخزين الهيدروجين والميثان. كما تُستخدم هذه المواد في تحويل الطاقة وتحسين العمليات الكهروكيميائية.

– امتزاز وفصل الغازات: نظراً للهياكل المسامية وقدرة الامتزاز العالية لـ Ce-MOFs، يمكن لهذه المواد أن تُستخدم في فصل الغازات الملوّثة مثل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأكسجين من الهواء.

– معالجة المياه ومياه الصرف الصحي: أحد التطبيقات المثيرة للاهتمام لـ Ce-MOFs هو استخدامها في معالجة المياه ومياه الصرف الصحي. ويمكن لهذه المواد أن تعمل كمرشّحات لإزالة الملوّثات المختلفة بما في ذلك المعادن الثقيلة والمواد العضوية من المياه.

– الاستشعار الكيميائي والكشف: بسبب خصائصها الفريدة، حظيت Ce-MOFs باهتمام في مجال كشف المواد الكيميائية والتفاعلات المختلفة. ويمكن استخدام هذه المواد كمستشعرات كيميائية في تطبيقات متنوّعة بما في ذلك مراقبة التلوّث والكشف عن المواد الخطرة.

ورغم الإمكانات الواعدة لـ Ce-MOFs، لا تزال هناك تحدّيات يجب معالجتها لتوسيع التطبيقات الصناعية لهذه المواد، وفق الباحثين، ومن بين هذه التحدّيات التكاليف المرتفعة للإنتاج على نطاق واسع، والاستقرار المحدود في ظروف بيئية معيّنة، والصعوبات في تحسين عمليات التخليق.

وللتغلّب على هذه العقبات، هناك حاجة إلى مزيد من البحث في مجال تحسين طرق التخليق، وتعزيز استقرار هذه المواد تحت ظروف مختلفة، وفق الورقة البحثية.

اقرأ أيضاً: تصميم شبكة توزيع "مفاتيح كمومية" في طهران