الجرافين قادر على تحويل ثنائي أوكسيد الكربون إلى وقود سائل

بدأ الجرافين يتحول بسرعة إلى أكثر المواد فائدة وتنوعاً من حيث الاستخدام، خصوصاً في ظل التطبيقات المتزايدة باستمرار. ويحمل القدرة على إحداث تغييرات ثورية في عالمنا عن طريق تطبيقاته المذهلة في الطب والإلكترونيات. والآن، أصبحت هذه المادة الرائعة أكثر روعة. قام باحثون من جامعة رايس بتوسيع إمكانيات الجرافين الكهربائية، فقد أصبح الآن قادراً على تحويل ثنائي أوكسيد الكربون CO2 إلى وقود سائل.
وبالدخول في التفاصيل، فقد اكتشف الباحثون أن نقاط الجرافين الكمومية النانومترية المعالجة بالنيتروجين (NGQDs) يمكن أن تلعب دور محفز كهربائي قادر على إطلاق عملية الإرجاع الكهربائي (أي اكتساب الإلكترونات) لثنائي أوكسيد الكربون، مما يحوله إلى وقود سائل عالي الطاقة، أي الإيثيلين والإيثانول. قدم الباحثون توصيفاً للعملية في دراسة نُشرت في مجلة Nature Communications.
يقول الباحث الرئيسي بوليكيل أجايان: "لا يعتبر الكربون من المحفزات التقليدية". وبما أن الجرافين مؤلف بشكل أساسي من الكربون، فقد اضطروا إلى إضافة ذرات النيتروجين إلى نقاط الجرافين، مما أطلق التفاعلات الكيميائية استجابة للتيار الكهربائي وثنائي أوكسيد الكربون، على الرغم من أن كيفية حدوث هذا بالفعل لا تزال لغزاً. يتابع أجايان: "لقد واجهنا لغزاً، وعلى الرغم من أن الكثيرين كتبوا أوراقاً بحثية خلال السنوات الخمس أو العشر المنصرمة عن القدرة التحفيزية للكربون المعالج أو المشاب، فإن هذا اللغز لا يزال بلا حل".
مجموعة أدوات للوقود
يبدو أن NGQDs محفزات كهربائية جيدة جداً، قادرة على مضاهاة النحاس في أدائها. يمكن لها أن تخفض من مستوى CO2 في الهواء بنسبة 90%، مع تحويل نسبة 45% إلى مقادير صغيرة من الإيثيلين والإيثانول. أي إنها تنتج الوقود وتخفض مستوى CO2، ويمكن أن تحافظ على استمرار هذه العملية لفترة طويلة من الزمن.
ما إن يتم استكمال الدراسة والتحقيق العملي للمحفزات الكهربائية، مثل NGQDs، يمكن تطويرها لتتحول إلى مصدر محتمل للوقود، وفي نفس الوقت تخفف من مقدار CO2 في الغلاف الجوي. ما زال هناك الكثير ممّا يجب إنجازه قبل الاستخدام التجاري لمنتج كهذا، وباحثو رايس يدركون هذا تماماً.
يقول أجايان: "أعتقد أننا وجدنا شيئاً مثيراً للاهتمام للغاية، لأنه يعتبر طريقاً فعالاً لاستكشاف أنواع جديدة من الحفازات لتحويل ثنائي أوكسيد الكربون إلى منتجات ذات قيمة أكبر". ما زالت NGQDs بعيدة عن التطبيقات الواقعية حالياً، خصوصاً أن الممارسات الصناعية المعتمدة تقتضي استخدام التحفيز الحراري لصنع الوقود، لا المحفزات الكهربائية، نظراً لإمكانية التحكم به بشكل أفضل.
يضيف أجايان: "لهذا السبب، لن تستخدمها الشركات في المدى المنظور للإنتاج على نطاق واسع. ولكن المحفزات الكهربائية سهلة التطبيق في المختبر، وقد أظهرنا فائدتها في تطوير محفزات جديدة". سيتابع فريق أجايان العمل على هذا البحث.
نيزك يحمل لنا بلورة نادرة تكشف شكلاً غريباً للمادة

عثر فريق بقيادة لوكا بيندي - وهو جيولوجي من جامعة فلورنسا - على شبه بلورة "quasicrystal" نادرة للغاية بعرض بضعة مليمترات وحسب، وذلك ضمن نيزك هبط في روسيا منذ خمسة أعوام. وقد ذُكرت تفاصيل الاكتشاف في مجلة Scientific Reports.
تم اكتشاف شبه بلورتين من قبل في هذا النيزك تحديداً، ولكن البلورة الأخيرة تختلف عنهما في البنية والتركيب الكيميائي. وتتألف شبه البلورة الجديدة من ذرات من الألمنيوم، والنحاس، والحديد، مرتبة ضمن شكل مشابه للنمط المبني على المخمّسات في كرة القدم، وتُعتبر اكتشافاً أولاً من نوعه في الطبيعة.
يقول عضو الفريق من بريستون، بول شتاينهارت، في مقابلة مع مجلة موذربورد: "الأمر المشجع هو أننا عثرنا على ثلاثة أنواع مختلفة من شبه البلورات في نفس النيزك، وهذه البلورة الجديدة ذات تركيب كيميائي لم نرَ مثله سابقاً في شبه البلورات. يشير هذا إلى إمكانية وجود غيرها، وقد نعثر على المزيد من هذا النوع من البلورات الذي لم نعتقد بإمكانية وجوده قبلاً".
عندما تم اكتشافها في الثمانينيات، كانت شبه البلورات تخالف كل ما نعرفه عن البلورات.
تتكون البلورات التقليدية - مثل الألماس وندف الثلج - من ذرات تتوضع في تناظرات شبه مثالية، على حين أن البلورات المركبة "polycrystals" مثل المعادن والجليد من بنى أكثر عشوائية، وتشبه المواد الصلبة غير المتبلورة، مثل الزجاج وأغلب أنواع البلاستيك. أما شبه البلورات، فهي ذات توضع ذرات مرتب، ولكنه غير تكراري. وتجمع بنيتها الذرية الفريدة ما بين الخصائص التناظرية للبلورات التقليدية، والعشوائية في المواد الصلبة غير المتبلورة.
يمكن تشكيل شبه البلورات صناعياً بسهولة في المخابر، وقد عثر العلماء على الكثير من الاستخدامات المفيدة لها خلال العقود الثلاثة التي تلت اكتشافها، مثل استخدامها في الديودات الضوئية، ومقالي المطبخ، وغيرها. غير أن ندرة شبه البلورات الطبيعية تسببت بمحدودية دراستها، وبالتالي يمكن لهذا الاكتشاف الجديد أن يخبرنا الكثير عن هذا الشكل الغريب من المادة.