«المعدن الحرباء» حل أميركي لندرة المواد المحفزة

ينتجه جهاز ابتكره باحثون أميركيون

توصل فريق بحثي من جامعة مينيسوتا الأميركية، إلى اختراع ربما يسهم في مواجهة ظاهرة سرقات المحولات الحفازة بالسيارات.
وتتم هذه السرقات التي أصبحت منتشرة بشكل كبير، في بلد مثل ليبيا، للحصول على المعادن الثمينة الموجودة بداخل المحولات الحفازة مثل الروديوم والبلاديوم، حيث إن معدناً مثل البلاديوم، يمكن أن يكون أغلى من الذهب.
وتملك هذه المعادن الثمينة خصائص سطح إلكترونية فريدة، ما يجعلها عاملاً محفزاً في التفاعلات الكيميائية، التي تدخل في تطبيقات متعددة مهمة مثل تخزين الطاقة المتجددة، وصنع الوقود المتجدد، وتصنيع المواد المستدامة. والفكرة التي قدمها الفريق البحثي الأميركي في دراسة نشرت 9 مايو (أيار) الجاري بدورية الجمعية الكيميائية الأميركية، قد تغني عن استخدام هذه المعادن الثمينة، لأنها تجعل أي معدن قادراً على تغيير شكله مثل الحرباء، ليتصرف مثل آخر، بما يمكن أن يؤهله للاستخدام كمحفز في التفاعلات الكيميائية.
والفكرة هي عبارة عن جهاز يسمى «المكثف الحفزي»، وهو أول جهاز من نوعه يثبت أن المواد البديلة التي يتم تعديلها إلكترونياً لتوفير خصائص جديدة، يمكن أن تنتج معالجة كيميائية أسرع وأكثر كفاءة، وهو ما يفتح الباب أمام تقنيات تحفيزية جديدة تستخدم محفزات معدنية غير ثمينة في التطبيقات المختلفة.
واعتمدت المعالجة الكيميائية منذ القرن الماضي على استخدام مواد معينة لتعزيز تصنيع المواد الكيميائية والمواد التي نستخدمها في حياتنا اليومية، والعديد من هذه المواد، مثل المعادن الثمينة والروثينيوم والبلاتين والروديوم والبلاديوم، لها خصائص سطح إلكترونية فريدة، ويمكن أن تكون بمثابة معادن وأكاسيد معدنية، ما يجعلها حاسمة للتحكم في التفاعلات الكيميائية.
وغالباً ما يكون هناك نقص في المعروض من هذه المواد باهظة الثمن حول العالم ما يشكل عائقاً رئيسياً أمام تقدم التكنولوجيا، وربما يكون ذلك هو السبب في سرقات المحولات المحفزة بالسيارات لوجود هذه المعادن بها.
واعتمد الفريق البحثي الأميركي في اختراعهم لجهاز المكثف المحفز الذي يعالج تلك المشكلة، على معرفتهم بكيفية تصرف الإلكترونات على الأسطح، واختبر الفريق البحثي بنجاح نظرية مفادها أن إضافة الإلكترونات وإزالتها إلى مادة ما يمكن أن تحوّل أكسيد الفلز إلى شيء يحاكي خصائص مادة أخرى.
ويستخدم الجهاز مجموعة من الأفلام النانومترية لتحريك الإلكترونات وتثبيتها على سطح المحفز، ويتميز هذا التصميم بآلية فريدة للجمع بين المعادن وأكاسيد المعادن مع الجرافين لتمكين تدفق سريع للإلكترون مع أسطح قابلة للضبط من أجل الكيمياء.
تقول تيسيا مينغ أون، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة مينيسوتا، والباحث الرئيسي، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة بالتزامن مع الدراسة «باستخدام تقنيات الأغشية الرقيقة المتنوعة، قمنا بدمج طبقة نانوية من الألومينا المصنوع من معدن الألمنيوم الوفير منخفض التكلفة مع الجرافين، والذي مكنا بعد ذلك من ضبط خصائص المواد الأخرى، وفاقت القدرة الكبيرة على ضبط الخصائص الحفازة والإلكترونية للمحفز توقعاتنا».
وتضيف: «تصميم المكثف الحفاز يتميز بفائدة كبيرة كجهاز منصة لمجموعة من تطبيقات التصنيع، ويأتي هذا التنوع من تصنيعه بالنانومتر الذي يشتمل على الجرافين كعنصر تمكين للطبقة السطحية النشطة، ويمكن استخدامه لمحاكاة أي خصائص لإحدى المواد الحفازة باهظة الثمن».
يقول دان فريسبي، الأستاذ ورئيس قسم الهندسة الكيميائية وعلوم المواد وعضو فريق البحث في جامعة مينيسوتا: «ننظر إلى المكثف الحفاز باعتباره تقنية منصة يمكن تنفيذها عبر مجموعة من تطبيقات التصنيع، ويمكن تعديل رؤى التصميم الأساسية والمكونات الجديدة إلى أي كيمياء يمكننا تخيلها تقريباً».