تجزیه آب با کبالت

در این قسمت تحقیق تجزیه آب با کبالت به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.

قسمتی از متن تحقیق در زیر نشان داده شده است.

چکیده

آینده منابع انرژی وابسته به پیشرفت‌های طراحی ارزان، مناسب و مؤثر سیستم‌هایی برای تبدیل و ذخیره‌ی منابع انرژی تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی است. به نظر می‌رسد، تولید هیدروژن، سوختی با خصوصیات قابل توجه، از طریق تجزیه آب با نور خورشید، راه‌حل امیدوارکننده و جذاب باشد. در حالیکه سایت‌های فعال آنزیم درگیر در کل فرآیند تجزیه‌ی آب در سیستم‌های طبیعی یعنی هیدروژنیزه کردن و فوتوسیستم ۲ از یون‌ های آهن، نیکل و منگنز استفاده می‌کنند، در پنج سال گذشته کبالت به عنوان همه‌کاره‌ترین فلز بی‌اثر برای توسعه‌ی کاتالیزورهای مصنوعی در حال تحول H₂– و O₂– ظهور کرده است. چنین کاتالیزورهایی می‌توانند با فوتوسنسیتایزرها همراه شوند تا سیستم‌های فوتوکاتالیزوری برای تولید هیدروژن از آب به کمک نور، تولید کنند.

مقدمه

فرآیندهای بیولوژیکی کمی توجه شیمیدانان زیستی غیرآلی را به عنوان فوتوسنتز جلب کرده‌اند. فوتوسنتز، باکتری‌ها، جلبک‌ها و گیاهان را قادر می‌سازد تا از انرژی خورشیدی برای حفظ رشدشان از طریق تولید زیست توده استفاده کنند. انسان از این زیست توده‌ها مثل چوب به عنوان منبع اصلی انرژی خود استفاده می‌کند.

سوخت‌های فسیلی اکنون پایه‌های اقتصاد جهانی را تشکیل می‌دهند. از آنجا که ذخایر آن‌ها به سرعت کاهش می‌یابد، ترند فعلی [در راستای] توسعه‌ی فرآیندهایی برای تبدیل زیست توده به سوخت زیستی است اما این احتمال وجود دارد که این [عمل] در رقابت با تولید کشاورزی غذا باشد. در همین زمان، به نظر می‌رسد فوتوولتائیک‌ها یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های انرژی باشد چرا که امکان تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی را فراهم می‌کنند.

در حقیقت میزان انرژی خورشیدی که به زمین می‌رسد چندین برابر بیشتر از میزان موردنیاز برای توسعه‌ی انسانی است به طوری که حتی تبدیل با راندمان پایین نیز برای حل مشکل بحران انرژی پیش‌رو کافی است. مسأله اینجا پیدا کردن راهی برای ذخیره این انرژی است، چرا که تقاضای جهانی انرژی با در دسترس بودن نور خورشید همبستگی ندارد.

اگر انرژی الکتریکی از منابع تجدیدپذیر به دست آمده باشد، در حال حاضر تولید هیدروژن از طریق تجزیه‌ی آب در الکترولایزرها یکی از مناسب‌ترین راه‌ها برای ذخیره دائمی انرژی است. در حالیکه الکترولیز یک فناوری قوی و توسعه‌یافته است، امیدوارکننده‌ترین ابزارها که برپایه‌ی غشاء تعویض پروتون است، بر استفاده از پلاتینیوم به عنوان الکتروکاتالیست برای شتاب بخشیدن به تولید هیدروژن (معادله ۱) و اکسیداسیون آب (معادله ۲) استوار است.

گرچه این فلز کمیاب و گران خود یک منبع تجدیدپذیر نیست و بنابراین حیات یک اقتصاد هیدروژنی به طراحی مواد الکتروکاتالیتیک قوی و مؤثر جدید برپایه‌ی عناصر فرواوان‌تر بستگی دارد. مسأله‌ی محدودیت منابع عناصر شیمیایی روی زمین و استراتژی‌های جدید توسعه برای دسترسی تجدیدپذیر به آن‌ها در حقیقت یک مسأله کلی است.

این مسأله نه تنها به فلزات نجیب بلکه به عنوان مثال به لیتیوم و عناصر کمیاب زمین نیز مربوط می‌شود. بدون شک این مسأله به ظهور یک رشته‌ی علمی جدید تحقیقاتی که سه هدف زیر را دنبال می‌کند، می‌انجامد: ۱) کاهش میزان مواد فعال در ابزارهای تکنولوژیک؛ ۲) جایگزین کردن عناصر ارزان و فراوان به جای عناصر گران و کمیاب ۳) توسعه‌ی فناوری‌هایی برای بازیابی و بازیافت تمام این عناصر.

مسأله مهم دیگر شامل استفاده مستقیم از نور خورشید به عنوان منبع انرژی برای تجزیه آب بدون تولید میانی الکتریسیته و در نتیجه بازتولید انتقال مستقیم انرژی نوری به شیمیایی به دست آمده توسط ارگانیسم‌های فوتوسنتزی است. در چنین فرآیندی از نور برای استخراج الکترون‌ها از آب و اکسید کردن آن به O2 استفاده می‌شود.

غالب ارگانیسم‌ها از این الکترون‌های تولید شده برای کاهش دی‌اکسیدکربن اتمسفری و تولید کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها یا چربی‌ها به عنوان ترکیبات اصلی زیست‌توده‌ی آن‌ها استفاده می‌کنند ولی برخی میکروارگانیزم‌ها مثل سیانوباکتری یا ریزجلبک‌ها قادرند تحت شرایط بسیار خاصی هیدروژن را نیز فوتوسنتز کنند. درک این فرآیند بیولوژیکی و بهره‌برداری از این دانش برای طراحی سیستم‌های مولکولی سینتتیک اصلی و دستیابی به کارکرد مشابه، پایه‌ی زمینه‌ی بزرگی از تحقیقات به نام «فوتوسنتز مصنوعی» است. وقتی [تحقیقات] محدود به تولید هیدروژن از نور خورشید و آب  باشد، به شاخه‌ی تجزیه‌ی آب با نور (معادله ۳) وارد می‌شود.

فهرست مطالب

• چکیده
• مقدمه
• کاتالیزورهای کبالت برای تولید H₂
• ارزیابی کاتالیزورهای تولید H₂
• مشتقات هیدرید به عنوان واسط کلیدی کاتالیزوری
• هومولیتیک در مقایسه با هترولیتیک: طبیعت ذاتی مراحل تولید H₂
• تنظیم کارایی الکتروکاتالیز
• پتانسیل الکتروکاتالیک و نوکلئوفیلی
• نیازمندی فوق پتانسیل و فرکانس ترن‌اور
• تعامل پروتون-هیدرید
• نتیجه‌گیری

کاربر گرامی، بلافاصله پس از خرید این پروژه، لینک دانلود آن برای شما فعال می شود. لینک دانلود پروژه به ایمیل شما هم ارسال می شود و با یک کلیک می توانید پروژه خود را دانلود نمایید.