مسیر‌های جدید واکنش CO۲ کشف شد

پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری هنگ‌کنگ (HKUST) با بررسی چگونگی واکنش دی‌اکسید کربن (CO۲) در آب فوق بحرانی، یون‌های پیروکربنات را به‌عنوان واسطه‌های کلیدی شناسایی کردند. این تحقیقات نقش محیط‌های نانومحصور را در فرآیند‌های شیمیایی برجسته کرده و راه‌های جدیدی برای فناوری‌های جذب کربن ارائه می‌دهد.

به گزارش ساینس دیلی، تیمی به سرپرستی دینگ پان دانشیار گروه‌های فیزیک و شیمی دانشگاه HKUST، با همکاری یوان یائو از گروه ریاضیات، مکانیزم‌های واکنش دی‌اکسید کربن در آب فوق بحرانی را بررسی کردند. این کشف نقش مهمی در درک فرآیند‌های کانی‌سازی و ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در سیستم‌های طبیعی و مهندسی‌شده و همچنین چرخه کربن در اعماق زمین ایفا می‌کند. نتایج این تحقیق در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است.

نقش شگفت‌انگیز نانومحصور در واکنش‌های CO۲

حل‌شدن CO۲ در آب و واکنش‌های هیدرولیزی آن از فرآیند‌های کلیدی برای جذب و ذخیره‌سازی مؤثر کربن هستند که نقشی مهم در کاهش گرمایش جهانی دارند. تیم پان با توسعه مدل‌های مارکوف مبتنی بر اصول اولیه، مکانیزم‌های واکنش CO۲ با آب فوق بحرانی را در محیط‌های بالک و نانومحصور آشکار کردند.

آنها دریافتند که پیروکربنات (C۲O۵۲-) به‌عنوان واسطه‌ای پایدار و مهم در محیط‌های نانومحصور ظاهر می‌شود، درحالی‌که پیش‌تر به‌دلیل ناپایداری شدید این ترکیب در محلول‌های آبی، نادیده گرفته شده بود. حضور غیرمنتظره پیروکربنات به رفتار سوپریونیکی محلول‌های محصور مرتبط است.

علاوه بر این، مشخص شد که واکنش‌های کربن‌دارسازی شامل انتقال جمعی پروتون در طول زنجیره‌های آب گذرا است که این فرآیند در محیط‌های بالک به‌صورت هماهنگ و در محیط‌های نانومحصور به‌صورت مرحله‌ای رخ می‌دهد. این مطالعه توانایی مدل‌های مارکوف مبتنی بر اصول اولیه را در روشن کردن سینتیک پیچیده واکنش‌های آبی نشان می‌دهد.

رویکرد محاسباتی نوآورانه در مسیر‌های واکنش

چو لی استادیار تحقیقاتی گروه فیزیک، در این‌باره گفت: «رویکرد نوآورانه ما توانست مسیر جدیدی برای حل‌شدن CO۲ با واسطه یون‌های پیروکربنات کشف کند. روش محاسباتی کارآمد ما بدون اتکا به دانش قبلی، مسیر‌های واکنش را به‌طور خودکار و بدون دخالت انسانی شناسایی کرده و مکانیزم‌های ناشناخته را براساس اصول فیزیک آشکار می‌کند.»

دینگ پان افزود: «روش ما با استفاده از تکنیک‌های یادگیری بدون نظارت، اهمیت اکسوکربن‌های بزرگ در واکنش‌های آبی تحت شرایط شدید را نشان داده و ثابت می‌کند که نانومحصور می‌تواند به‌عنوان یک استراتژی مؤثر برای تنظیم فرآیند‌های شیمیایی عمل کند. این یافته‌ها می‌توانند مسیر‌های جدیدی برای فناوری‌های جذب کربن در آینده ارائه دهند.»

این تحقیق با حمایت شورای کمک‌های پژوهشی هنگ‌کنگ، بنیاد کروچر و صندوق دانشمندان جوان ممتاز بنیاد ملی علوم طبیعی چین انجام شده است. بخشی از محاسبات این پژوهش نیز در ابررایانه «تیانهه-۲» در مرکز ملی ابررایانه گوانگژو انجام شده است.

انتهای پیام/