ابتكار أطر نانوية من السيريوم لاستخدامات متقدمة في الطاقة والمياه
أفادت وکالة آنا الإخباریة، قام باحثون من جامعة زنجان بدراسة آليات تصنيع الأطر الفلزية–العضوية المعتمدة على السيريوم (Ce-MOFs)، وهي مواد تتميز ببنيتها المسامية وقدرتها على التفاعل مع الظروف البيئية، مما يمنحها استخدامات واسعة في مجالات مثل التحفيز الكيميائي، تخزين الطاقة، امتصاص الغازات ومعالجة المياه.
تركزت الأبحاث الحديثة حول Ce-MOFs ليس فقط على اكتشاف بنيات جديدة، بل أيضاً على تطوير أساليب صديقة للبيئة لإنتاجها على نطاق صناعي.
وتُعد الأطر الفلزية–العضوية واحدة من أهم التطورات في علم المواد خلال السنوات الأخيرة، إذ تجمع بين المسامية العالية والمساحات السطحية الواسعة، ما يجعلها مناسبة لتطبيقات متنوعة تشمل تخزين الغازات، فصل المواد، التحفيز الكيميائي وحتى تنقية المياه. من بين مختلف أنواع MOFs، تحظى الأطر القائمة على السيريوم (Ce-MOFs) باهتمام خاص لما لها من خصائص فريدة، من أبرزها الاستجابة للتغيرات البيئية.
وقد سعى الفريق البحثي إلى ابتكار طرق جديدة لتصنيع هذه المواد وتطويرها بخصائص خاصة تُلبي متطلبات تطبيقات متعددة، إلى جانب تسليط الضوء على التحديات والآفاق المستقبلية أمام استخدامها الصناعي. تم تصنيف Ce-MOFs بحسب حالات الأكسدة المختلفة للسيريوم (Ce(III) وCe(IV))، حيث أظهرت النتائج أن اختلاف البنية البلورية والخصائص الكيميائية للسيريوم يفتح آفاقاً واسعة أمام استخدامها الصناعي.
كما بيّن البحث أن دمج السيريوم مع أيونات فلزية أخرى وروابط عضوية مختلفة يمكن أن يقود إلى مواد جديدة بخصائص مميزة. إحدى النقاط البارزة في هذا العمل العلمي هي اعتماد طرق تصنيع "خضراء" وفي ظروف بيئية ملائمة، ما يقلل التكاليف ويمهّد الطريق لإنتاج Ce-MOFs على نطاق واسع. كما تم اختبار عدة استراتيجيات تصنيع، تشمل تغيير ظروف التحضير، اختيار روابط عضوية متنوعة وتعديل البنى البلورية.
تطبيقات Ce-MOFs:
• التحفيز الكيميائي
والفوتوكاتاليستي: بفضل بنيتها المسامية، تُستخدم Ce-MOFs كعوامل محفزة في تفاعلات مختلفة، بما في ذلك التفاعلات الفوتوشيمية وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية.
• تخزين وتحويل الطاقة: تلعب دوراً في تخزين الهيدروجين والميثان وتحسين العمليات الكهروكيميائية.
• امتصاص وفصل الغازات: قادرة على امتصاص غازات ملوثة مثل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأوكسجين من الهواء.
• معالجة المياه: تُستخدم كمرشحات لإزالة الملوثات، مثل المعادن الثقيلة والمركبات العضوية، من المياه ومياه الصرف.
• التحسس الكيميائي والكشف: يمكن اعتمادها كحساسات للكشف عن ملوثات ومواد خطرة في بيئات مختلفة.
ورغم هذه الإمكانيات الواعدة، تبقى هناك تحديات ينبغي التغلب عليها لتوسيع التطبيقات الصناعية لـ Ce-MOFs، ومنها ارتفاع تكاليف الإنتاج على نطاق واسع، محدودية الاستقرار في ظروف بيئية معينة وصعوبات في تحسين عمليات التصنيع. ويؤكد الباحثون أن تجاوز هذه العقبات يتطلب المزيد من الدراسات لتطوير طرق تصنيع أكثر كفاءة وتعزيز استقرار هذه المواد في بيئات متنوعة.
