پژوهشگران دانشگاه علم و فناوری هنگ‌کنگ (HKUST) با بازدید چگونگی عکس العمل دی‌اکسید کربن (CO۲) در آب فوق بحرانی، یون‌های پیروکربنات را به‌گفتن واسطه‌های کلیدی شناسایی کردند. این تحقیقات نقش محیط‌های نانومحصور را در فرآیند‌های شیمیایی برجسته کرده و راه‌های جدیدی برای فناوری‌های جذب کربن اراعه 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 عکس العمل دی‌اکسید کربن در آب فوق بحرانی را بازدید کردند. این کشف نقش مهمی در فهمیدن فرآیند‌های کانی‌سازی و ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در سیستم‌های طبیعی و مهندسی‌شده و این چنین چرخه کربن در اعماق زمین ایفا می‌کند. نتایج این تحقیق در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) انتشار شده است.

نقش شگفت‌انگیز نانومحصور در عکس العمل‌های CO۲

حل‌شدن CO۲ در آب و عکس العمل‌های هیدرولیزی آن از فرآیند‌های کلیدی برای جذب و ذخیره‌سازی مؤثر کربن می باشند که نقشی مهم در افت گرمایش جهانی دارند. تیم پان با گسترش مدل‌های مارکوف مبتنی بر اصول اولیه، مکانیزم‌های عکس العمل CO۲ با آب فوق بحرانی را در محیط‌های بالک و نانومحصور آشکار کردند.

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

علاوه بر این، اشکار شد که عکس العمل‌های 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 عکس العمل‌های آبی مشخص می کند.

رویکرد محاسباتی نوآورانه در مسیر‌های عکس العمل

چو لی استادیار تحقیقاتی گروه فیزیک، در این‌باره او 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 عکس العمل را به‌طور خودکار و بدون دخالت انسانی شناسایی کرده و مکانیزم‌های ناشناخته را بر پایه اصول فیزیک آشکار می‌کند.»

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

این تحقیق با حمایتشورای پشتیبانی‌های 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 مطلب/