‫ جامعة قطر تبتكر مُركباً يوفر الطاقة وصديقاً للبيئة

❖ غنوة العلواني

قام فريق بحثي من جامعة قطر بابتكار مادة جديدة لاستشعار غاز الهيدروجين بكفاءة عالية، حيث ضم الفريق كلا من الدكتور كامل عيد باحث مشارك من كلية الهندسة والسيد بلال حسين، باحث مساعد بقسم الرياضيات والإحصاء والفيزياء بكلية الآداب والعلوم، والأستاذ الدكتور أبو بكر عبد الله، مدير مكتب التميز البحثي التابع لإدارة التخطيط وتنسيق البحث العلمي بقطاع البحث والدراسات العليا، وبإشراف الأستاذ الدكتور أحمد إبراهيم عايش، أستاذ الفيزياء بقسم الرياضيات والإحصاء والفيزياء بكلية الآداب والعلوم.

ويتمثل هذا الابتكار في تطوير مادة نانوية فريدة من نوعها قائمة على الأقفاص النانوية الجوفاء للمركب المكون من البلاديوم والبالتين مع نواة البالديوم وتتخذ الأقفاص شكل البنية النانوية لغلاف النواة وتعد عملية تكوين البنية من هذا العنصر والمركب والأقفاص المشار إليها قابلة للتطبيق على نطاق واسع.

ويرجع ذلك إلى اتباع طريقة صديقة للبيئة لاصطناع الإناء الواحد الذي يحتوي على مواد كيميائية خطرة أو مذيبات عضوية وذات إنتاج ضخم يصل إلى عدة جرامات في المرة الواحدة على درجة حرارة الغرفة. وتتكون هذه البنية من مكعبات نواة البالديوم النانوية مغطاة بغلاف مسامي هرمي، والتشعبات النانوية المسامية للعنصر المركب من البالديوم والبالتين وأذرع شديدة التشعب والتعقيد. أما بالنسبة للأقفاص، فهي تتكون من نواة جوفاء والتشعبات النانوية المسامية للعنصر المركب من البلاديوم والبلاتين.

التفاعلات التحفيزية

ويجمع كل قفص بين الخواص الفيزيائية والكيميائية الفريدة للمعادن المتعددة الإلكترونية، وثنائية الوظيفة، وتلك التي تعمل بشكل تآزري، والخصائص الأساسية للتفاعلات التحفيزية، والمسامية كثافة الجسيمات الغنية بالإلكترونات، وزيادة نسبة مساحة السطح إلى حجم الجسيم ومواقع الاهتزاز النشطة التي يمكن الوصول إليها على نطاق واسع. وأشكال غلاف النواة والتأثير الإلكتروني، والآلية ثنائية الوظيفة والتحسس، والتأثير المنشط، وتأثير الامتداد، والأشكال المسامية إلى جانب معدل الانتشار السريع والتحمل العالي للمركبات أو المنتجات الوسيطة.

100 % نسبة إنتاج المادة

ويتطلب تكوين البنية النانوية أيضا وجود مسامات مترابطة على كامل السطح الخارجي، بالإضافة إلى غلاف خارجي شديد التفرع. والجدير بالذكر أن الفريق تمكن من تحقيق نسبة إنتاج عالية للمادة وصلت إلى 100 % ومعدل إنتاج ضخم في المرة الواحدة كما أن إنتاج المادة الجديدة على درجة حرارة الغرفة جعل عملية التصنيع موفرة للطاقة وصديقة للبيئة. فضلا عن ذلك، فإن الاستعانة بالأقفاص النانوية لغلاف النواة القائمة بذاتها واستخدامها على درجة حرارة الغرفة يمكن من استشعار الهيدروجين بشكل يتسم بالكفاءة والانتقائية ودون إحداث أي تلف في الخواص الفيزيائية حتى في حالات التركيز العالي أو المنخفض للهيدروجين في الهواء.

وتجدر الإشارة أيضا إلى أن بنية غلاف النواة المسامية المترابطة التي تم الحصول عليها تتميز عن أجهزة استشعار الهيدروجين السابقة القائمة على عنصر البلاديوم منفردا، بقدرتها على تحقيق أقصى استفادة من نواة البلاديوم أثناء إجراء عمليات استشعار الهيدروجين، هذا بالإضافة إلى إمكانية استيعاب كمية كبيرة منه. بجانب ذلك، تراوح حد الكشف عن غاز الهيدروجين في الهواء من 0.2 % إلى 8 % من النسبة الحجمية لتلك الأقفاص النانوية الجوفاء عند 25 درجة مئوية ومن 0.2 % إلى 6 % عند 50 درجة مئوية. في حين، تراوح زمن الاستجابة للهيدروجين في الهواء بين 90 ثانية إلى 170 ثانية عند 25 درجة مئوية و50 درجة مئوية.