پوشش پلیمری چالش پایداری MXene مکسین در آب را برطرف کرده و تولید متان از CO₂ را افزایش می‌دهد
یک تیم تحقیقاتی موفق به توسعه فناوری فوتوکاتالیستی جدیدی شده است که با افزایش پایداری مکسین MXene، امکان تبدیل مؤثر دی‌اکسید کربن (CO₂) به متان را فراهم می‌کند. MXene ماده‌ای نوظهور با رسانایی الکتریکی بالا است که در برابر آب و اکسیژن مستعد اکسید شدن است.
این پژوهش به سرپرستی پروفسور Su-Il In از گروه علوم و مهندسی انرژی در دانشگاه DGIST و با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه ملی حمل‌ونقل کره، دانشگاه هانیانگ و دانشگاه چولالونگ‌کورن تایلند انجام شده است. نتایج این تحقیق در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده است.
محافظت از MXene در برابر اکسیداسیون
پژوهشگران برای حل مشکل ناپایداری MXene، از روش اصلاح سطح استفاده کردند. در این روش، یک پلیمر آلی به سطح MXene متصل شده و یک لایه محافظ ایجاد می‌کند. این پوشش باعث می‌شود MXene حتی در محیط‌های حاوی آب نیز عملکرد پایدارتری داشته باشد.
سپس پژوهشگران یک فوتوکاتالیست جدید با ترکیب MXene اصلاح‌شده سطحی (f-MXene)، تیتانیوم دی‌اکسید احیاشده (RT) و نانوذرات مس (Cu) تولید کردند. MXene انتقال الکترون را تسهیل می‌کند و نانوذرات مس نیز واکنش تبدیل دی‌اکسید کربن به متان را تقویت می‌کنند.
افزایش حدود ۲۰۰ برابری تولید متان
نتایج آزمایش‌ها نشان داد فوتوکاتالیست Cu/f-MXene/RT توانست به تولید ۱۸.۱ میکرومول متان به ازای هر گرم دست یابد؛ عملکردی که تقریباً ۲۰۰ برابر بیشتر از RT به‌تنهایی است.
آزمایش‌ها و محاسبات نظری همچنین نشان دادند که MXene اصلاح‌شده سطحی و نانوذرات مس چگونه انتقال الکترون را تسهیل کرده و تشکیل متان را تقویت می‌کنند.
به گفته پروفسور Su-Il In، این پژوهش با کنترل سطح MXene، همزمان پایداری فوتوکاتالیست و عملکرد آن در تبدیل دی‌اکسید کربن را بهبود داده است. این فناوری می‌تواند در آینده برای تبدیل CO₂ به سوخت‌های مفیدی مانند متان با استفاده از نور خورشید مورد استفاده قرار گیرد.
نتیجه‌گیری
این پژوهش نشان می‌دهد که اصلاح سطح MXene با پوشش پلیمری می‌تواند مشکل اکسیداسیون و ناپایداری آن در محیط‌های آبی را کاهش دهد. ترکیب MXene اصلاح‌شده با نانوذرات مس و TiO₂ نیز موجب افزایش قابل‌توجه بازده تبدیل CO₂ به متان شده و تولید متان را حدود ۲۰۰ برابر نسبت به RT خالص افزایش داده است. این فناوری می‌تواند گامی مهم در توسعه روش‌های تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت با استفاده از انرژی خورشیدی و تبدیل CO₂ از یک گاز گلخانه‌ای به یک منبع ارزشمند باشد.
