צעד חשוב בדרך לדלק מימן
חוקרים בטכניון פענחו את המנגנון המאיץ את תהליך פירוק המים באמצעות “סימום ברזל”
בתמונה פרופ’-משנה מיטל כספרי טורוקר, בשער כתב העת: פירוק מים על פני שטח גבישי של תחמוצת NiOOH מסוממת בברזל
חוקרים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון פיצחו את מנגנון הפעולה של הזרז הטוב ביותר לפיצול מים, וזאת באמצעות פענוח התהליך של סימום ברזל (iron doping). כך מדווח כתב העת Physical Chemistry Chemical Physics.
המחקר חושף לראשונה את הסיבה שסימום הזרז בברזל (כלומר, זיהום הזרז בכמויות קטנות של ברזל) מצלח ויעיל לזירוז חמצון מים. הבנה עמוקה יותר של מנגנון זה של פיצול מים צפויה להוביל לפיתוח זרזים נוספים שיכולים לפרק מים ולאגור אנרגיה.
פיצול מים הוא תהליך שבו מים מפורקים למרכיביהם, כלומר למימן ולחמצן. היעד היישומי של תהליך זה הוא ייצור דלק מימן, הנחשב לדלק נקי משום שהנעת מימן גורמת לפליטה של מים בלבד. לאחרונה נמצא חומר מוצלח במיוחד שיכול לזרז את תהליך חמצון המים: NiOOH (ניקל אוקסיהידרוקסיד). חומר זה משמש כבר עשורים רבים בבטריות, אך רק לאחרונה התברר שכאשר הוא מסומם (מזוהם) במעט ברזל הוא מזרז מאוד את תהליך פירוק המים. מאז התגלית משתמשות קבוצות רבות בעולם בזרז זה לצורך פיצול מים, אך המנגנון המעניק לסימום ברזל את האפקטיביות שלו לא הוסבר עד כה.
קבוצת המחקר של פרופ’-משנה מיטל כספרי טורוקר עוסקת בשיטות תאורטיות-חישוביות לאפיון תכונות של חומרים ולמציאת קורלציה בין מבנה החומר לתכונותיו. שיטות אלה מאפשרות לפענח גם את התופעה האמורה, כלומר את השפעת הזרז המכיל ברזל על פירוק המים. חוקרי הטכניון גילו שהברזל מסוגל לשנות מצבי חמצון בקלות כאשר הוא נמצא בתוך הזרז, וזה המפתח להצלחה של התהליך הכימי. במילים אחרות, הסוד טמון ביכולתו של החומר המזוהם בברזל לשנות מצבי חמצון במהלך התגובה הכימית.
בשנת 2016 פרסמה הקבוצה 12 מאמרים – הישג משמעותי מאוד בעולם האקדמי – שחלק ניכר מהם עוסק באפיון הזרז NiOOH. המאמר הנוכחי, שנכתב על ידי פרופ’ כספרי-טורוקר יחד עם הסטודנטית ויקי פידלסקי, נבחר כמאמר שער ויופיע במהדורה הקרובה בשער העיתון המודפס. פידילסקי פרסמה את המאמר במהלך תואר שני במסגרת תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון, המסייעת במחקר זה.
לקריאת המאמר: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cp/c6cp08590c#!divAbstract
ויקי פידלסקי
בשער כתב העת: פירוק מים על פני שטח גבישי של תחמוצת NiOOH מסוממת בברזל