محکمہ سائنس و ٹیکنالوجی (ڈی ایس ٹی) کے تحت بنگلور میں واقع خود مختار ادارہ سینٹر فار نینو اینڈ سافٹ میٹر سائنسز (سی ای این ایس) کے محققین نے آکسیجن سے متعلق اہم کیٹلسٹ رد عمل کو تیز تر، کفایتی اور مؤثر بنانے کے لیے ڈیزائن کردہ نیا کیٹلسٹ تیار کیا ہے۔

آکسیجن کی شمولیت والےالیکٹرو کیٹالیسس میں صاف توانائی کی متعدد تکنیکیں شامل ہوتی ہیں، جیسے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے پانی کو چھانٹنا ، صاف ایندھن بنانا  اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ جیسے کیمیکل تیار کرنا ۔ تاہم ، ان تکنیکوں کو عام طور پر رد عمل کی سست رفتار ، اعلیٰ توانائی کے مطالبات  اور اس میں شامل قیمتی دھاتوں کی محدود دستیابی اور اخراجات کی وجہ سے زیادہ لاگت جیسے چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ روایتی طور پر، ان سرگرمیوں میں استعمال ہونے والے کیٹلسٹ مہنگی قیمتی دھاتوں جیسے پلاٹینم یا روتھینیم پر منحصر ہوتے ہیں جس سے یہ عمل مہنگا ہو جاتا ہے ۔

لاگت کو کم کرنے کے ہدف کو پیش نظررکھتے ہوئے ، سی ای این ایس نے نیا کیٹلسٹ تیار کیا ہے جس میں نیکل سیلینائڈ کا استعمال ہوتا ہے، جس کو آئرن (ایف ای) کی تھوڑی مقدار کو درستگی سے شامل کرکے بہتر بنایا گیاہے ۔ اس میں نہ صرف لاگت کو نمایاں طور پر کم کرنے کی صلاحیت ہے بلکہ یہ کارکردگی کو بھی بہتر بناتا ہے ۔

سی ای این ایس کے سائنسدانوں کی ٹیم نے ایک خاص میٹریل کے ساتھ شروعات کی جسے میٹل آرگینک فریم ورک (ایم او ایف) کے نام سے موسوم کیا گیا ہے۔ ایم او ایف سوراخ دار ، شفاف ڈھانچے ہوتے ہیں، جو کیمیائی رد عمل کے لیے مفید ہوتے ہیں لیکن ان کی برقی قوت رو محدود ہوتی ہے۔ کیٹلسٹ سے لیس سائٹس کو بہتر بنانے کے لیے ایم او ایف کے الیکٹرانک ڈھانچے کو ایف ای ڈوپنگ کے ذریعے ماڈیول کیا گیا ہے ۔ قوت رو کو بہتر بنانے کے واسطے، محققین نے ایم او ایف کو حرارتی عمل کے ذریعےکاربن سے بھرپور مٹیریل میں تبدیل کیا ہے، جسے پائرولیسس کہا جاتا ہے ، جس سے بجلی کو مؤثر طریقے سے رواں کرنےکی ان کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے ۔

نقشہ: دو طرفہ آکسیجن الیکٹرو کیٹالیسس کے لیے ایف ای-ڈوپڈ نیکل سیلینائڈز کا خاکہ

پائرولیسس کے عمل کے بعد ، محققین نے سیلینیم متعارف کرایا ہے، جس کے ذریعے دو انتہائی مؤثر کیٹلسٹ بنائے گئے ہیں، جو NixFe1−xSe₂–NC  اور Ni₃−xFexSe₄–NC کے نام سے معروف ہیں۔ آئرن ڈوپنگ سے کیٹلسٹ کے الیکٹرانک تعاملات میں نمایاں طور پر بہتری ہوئی ہے، جس سے رد عمل کے لیے مزید فعال سائٹس بنے ہیں اور اس بات کو بہتر بنایا کہ ری ایکشن انٹرمیڈیٹس کس طرح کیٹلسٹ کی سطح سے جڑے ہوئے ہوتے ہیں ۔ ان بہتریوں سے کیٹلسٹ کو دو کلیدی عملوں کے لیے غیر معمولی طور پر اثر داربنایاگیا ہے: آکسیجن ایولیویشن ری ایکشن(او ای آر)، جو آکسیجن پیدا کرتا ہے  اور آکسیجن ریڈکشن ری ایکشن (او آر آر) جو آکسیجن کو قیمتی کیمیکلز میں تبدیل کرتا ہے ۔

محققین کے ذریعےوسیع پیمانے پر کی جانے والی جانچ سے معلوم ہوا کہ NixFe1−xSe₂–NC@400 نامی کیٹلسٹ نے شاندار کارکردگی کا مظاہرہ کیا ہے۔ او ای آر عمل کے لیے ، اس میں نمایاں طور پر کم توانائی (لوور اوور پوٹینشیل) کی ضرورت ہوتی ہے اور اس نے 70 گھنٹوں میں شاندار استحکام کا مظاہرہ کیا ، جس نے روایتی روتھینیم پر مبنی کیٹلسٹ کو پیچھے چھوڑ دیا ہے ۔ ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کی پیداوار کے لیے او آر آر ٹیسٹ کی ضمن میں ، یہ کیٹلسٹ صنعت کے معیاری پلاٹینم پر مبنی کیٹلسٹ کی کارکردگی سے بھی تجاوز کیا ہے، جس سے رد عمل کی بہتر رفتار اور اعلیٰ کارکردگی فراہم ہوئی ہے ۔

مزید برآں ، کیٹلسٹ سے بہترین برقی قوت رو کا مظاہرہ ہوا ہے، جو تیز تراور مؤثر کیمیائی رد عمل کے لیے اہم خصوصیت ہے ۔ تفصیلی تجزیے سے پتہ چلا ہے کہ آئرن ڈوپنگ سے کیٹلسٹ کا الیکٹرانک ڈھانچہ فائدہ مند طریقے سے تبدیل ہوا ہے، جس سے فعال مراکز میں اضافہ ہوا اور الیکٹران کی بہتر نقل مکانی میں سہولت فراہم ہوئی ہے۔ ان تبدیلیوں سے کیٹلسٹ کی آکسیجن سے متعلق رد عمل انجام دینے کی صلاحیت براہ راست بہتر ہوئی ہے، جس سے یہ انتہائی مؤثر اور پائیدار بن جاتا ہے ۔

یہ پیش رفت موجودہ کیٹلسٹ کے مقابلے لاگت کے موافق، پائیدار اور انتہائی مؤثر متبادل فراہم کر کے صنعتوں کو نمایاں طور پر متاثر کر سکتی ہے ۔ کاروباری ادارے جلد ہی ان کیٹلسٹ سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں، جو نہ صرف آپریشنل لاگت کو کم کر سکتے ہیں بلکہ ماحولیاتی اثرات کو بھی کم کر سکتے ہیں ۔

’نینوسکیل‘ جریدہ میں شائع ہونے والی تحقیق سے الیکٹرانک اور ساختیاتی خصوصیات کو از سر نوترتیب دے کر جدیدکیٹلسٹ ڈیزائن کرنے کے لیے دلچسپ نئے گوشےکھلیں گے۔ یہ ایپروچ  اگلی نسل کی صاف توانائی کی ٹیکنالوجیز میں زیادہ سستی اور پائیدار کیٹلسٹ کو بڑے پیمانے پر اپنانے کا باعث بن سکتا ہے ۔

اشاعت کا لنک: https://doi.org/10.1039/D4NR04047C

مزید معلومات کے لیے ڈاکٹر کویتا پانڈے سے  kavitapandey[at]cens.res.in  پر رابطہ کریں ۔

********

ش ح۔م ش ع۔ ش ہ ب

U-779

(Release ID: 2128677) Visitor Counter : 3