کد خبر: 168831
ف
یک کشف راهگشا برای توسعه نسل تازه‌ای از نانوکاتالیست‌های کارآمد در تصفیه آب
پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی آبادان با همکاری چند مرکز تحقیقاتی برجسته در آسیا و اروپا موفق شدند سازوکاری تازه در افزایش کارایی فرایند فنتن‌مانند برای حذف آنتی‌بیوتیک‌ها از آب آشامیدنی شناسایی کنند. این گروه در یک بررسی جامع نشان دادند که کنترل تعداد «نقص‌های اکسیژن» در نانوذرات اکسید کبالت می‌تواند مسیر تولید گونه‌های فعال اکسیژن را کاملا تغییر دهد و بازده واکنش را به طور چشمگیری افزایش دهد.

به گزارش ثریا - یافته‌ها نشان می‌دهد که طراحی دقیق ساختار نانویی و مدیریت چگالی الکترون در ابعاد اتمی تعیین می‌کند که رادیکال‌ها چگونه تشکیل و مصرف شوند و کدام مسیر، یعنی •OH یا O₂•−، نقش اصلی را در تخریب آلاینده‌ها بر عهده می‌گیرد. این کشف می‌تواند راه را برای توسعه نسل تازه‌ای از نانوکاتالیست‌های کارآمد در تصفیه آب باز کند.

طی سال‌های اخیر سرعت انتشار آلاینده‌های نوظهور، از جمله آنتی‌بیوتیک‌ها، از توان سیستم‌های تصفیه آب فراتر رفته و بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها عملا با روش‌های قدیمی دست‌وپا می‌زنند. یکی از روش‌هایی که امید زیادی برای مقابله با این ترکیبات سرسخت دارد، فرایند فنتن‌مانند است؛ واکنشی که باید رادیکال‌های قوی تولید کند تا بتواند پیوندهای شیمیایی مقاوم دارویی را بشکند. مشکل اینجاست که بسیاری از کاتالیست‌های فعلی هنوز بازده کمی دارند و توان واقعی سیستم به‌خاطر ضعف سطح فعال و محدودیت انتقال الکترونی هدر می‌رود. همین ضرورت باعث شد گروهی از پژوهشگران بین‌المللی به سراغ طراحی دقیق ساختارهای نانومقیاس بروند تا بفهمند چطور می‌توان تولید گونه‌های فعال اکسیژن را چند برابر کرد.

در همین راستا، تیمی مشترک از دانشگاه علوم پزشکی آبادان، دانشگاه تسینگ‌هوا، دانشگاه ملی چونگ‌هسینگ، دانشگاه صنعتی هوچی‌مین و دانشگاه صنعتی نانیانگ با بررسی نقش نانومعماری و مهندسی نقص‌های اکسیژن در یک کاتالیست اکسید کبالت، مسیر تازه‌ای برای افزایش کارایی فرایند فنتن‌مانند معرفی کرده‌اند. این همکاری گسترده به بررسی یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های حوزه اکسیدهای فلزی پرداخت: این که چه می‌شود وقتی در مقیاس نانو عمدا تعداد نقص‌های اکسیژن را افزایش می‌دهیم و چطور این نقص‌ها می‌توانند عملکرد واکنش را زیرورو کنند.

طراحی اکسیدهای فلزی با «نقص اکسیژن» یا OV، سال‌هاست که یک راهبرد نویدبخش برای بهبود فعالیت فتوکاتالیستی و فنتن‌مانند محسوب می‌شود. اما هنوز درباره چند نکته اختلاف نظر وجود داشت:

این نقص‌ها دقیقا چه تغییری در رفتار الکترونی ایجاد می‌کنند؟ آیا هرچه تعداد OV بیشتر شود، واقعا واکنش بهتر می‌شود؟ این ساختارها چطور باعث فعال‌سازی قوی‌تر H₂O₂ می‌شوند؟ و نسبت میان انواع مسیرهای رادیکالی و غیررادیکالی چیست؟

برای پاسخ دقیق به این پرسش‌ها، پژوهشگران مجموعه‌ای از نانوذرات یولک‌شل Co₃O₄ را ساختند که میزان نقص اکسیژن در هر نمونه کاملا کنترل شده بود. این بخش همان جایی است که فناوری نانو در قلب کار قرار می‌گیرد: مهندسی پوسته و هسته، کنترل تعداد نقص‌های اتمی، تنظیم چگالی الکترون در مقیاس زیرنانومتری و ارزیابی آن با محاسبات DFT.

بر اساس آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌ها، افزایش نقص‌های اکسیژن باعث شد رفتار الکترونی سایت‌های کبالت به طور اساسی تغییر کند. وقتی OV بیشتر شد، سه تحول هم‌زمان رخ داد:

* چگالی الکترون محلی اطراف کبالت افزایش یافت.

* الکترون‌ها از حالت موضعی به حالت پخش‌شده درآمدند.

* چگالی بار کاهش یافت و رسانایی کلی ماده بالا رفت.

این تغییرات الکترونی نه یک اصلاح جزئی، بلکه بازطراحی کامل سایت فعال بود. سایت‌های کبالت حالا الکترون‌دوست‌تر شده بودند و به دلیل کار تابعی پایین‌تر، راحت‌تر الکترون اهدا می‌کردند. نتیجه این شد که مولکول H₂O₂ با انرژی کمتر جذب شد و پیوند O-O در آن بیش از قبل کشیده و تضعیف شد؛ وضعیتی که دقیقا برای تولید رادیکال هیدروکسیل لازم است.

در آزمایش‌ها ابتدا •OH و O₂•− هر دو تولید شدند، اما اتفاق جالبی رخ داد. رادیکال هیدروکسیل خیلی زود مصرف شد و سهم واقعی‌اش در ادامه واکنش کاهش یافت. در مقابل، غلظت O₂•− با گذشت زمان بالاتر رفت و نقش اصلی را در تخریب آنتی‌بیوتیک سولفادایازین (SDZ) برعهده گرفت.

این نقطه کلیدی پژوهش است: افزایش نقص اکسیژن نه‌تنها مقدار رادیکال‌ها را بالا می‌برد، بلکه باعث می‌شود الکترون‌های منتقل‌شده از خود SDZ وارد چرخه شوند و تولید O₂•− را تقویت کنند.

به زبان ساده‌تر، آلاینده‌ای که قرار بود تخریب شود، خودش تبدیل به منبع تقویت واکنش شد. این مکانیسم تازه، مسیر مؤثرتری برای تولید گونه‌های فعال اکسیژن معرفی می‌کند و نشان می‌دهد که قوی‌ترین مسیر در فنتن‌مانند لزوما آن چیزی نیست که همیشه فکر می‌کردیم.

تمام این رفتارها به لطف طراحی نانومقیاس یولک‌شل Co₃O₄ امکان‌پذیر شد؛ جایی که:

شکل توخالی امکان انتقال سریع الکترون را فراهم کرد

نقص‌های کنترل‌شده اکسیژن ساختاری الکترون‌غنی ایجاد کردند

پایداری نانوذرات اجازه داد فرایند در چند چرخه متوالی حفظ شود

مهندسی این نقص‌ها در مقیاس اتمی همان بخش نانویی پروژه است که باعث شد مسیر واکنش کاملا جهت‌دار و تقویت‌شده شود. بدون امکان دست‌کاری چگالی الکترون و سطح فعال در اندازه نانو، چنین تغییری ممکن نبود.

این تحقیق نشان داد که طراحی کاتالیست‌های فنتن‌مانند باید فراتر از افزایش سطح فعال یا اصلاح ساختار باشد. آنچه عملکرد را تعیین می‌کند تنظیم دقیق رفتار الکترونی در سطح اتمی است؛ از جمله چگالی الکترون، انرژی جذب H₂O₂، و مسیرهای انتقال الکترون از آلاینده. پژوهشگران با مهندسی نقص‌های اکسیژن توانستند پیوند O-O را تضعیف کنند، تولید گونه‌های فعال را تقویت کنند و مسیر الکترونی تازه‌ای برای تجزیه مؤثر آنتی‌بیوتیک‌ها ارائه دهند. این یافته‌ها چشم‌انداز تازه‌ای برای توسعه کاتالیست‌های هوشمند و کارآمد در تصفیه آب ایجاد می‌کند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Electron transfer-mediated enhancement of superoxide radical generation in fenton-like process: Key role of oxygen vacancy-regulated local electron density of cobalt sites در نشریه Applied Catalysis B: Environmental به چاپ رسیده است.

منبع : تصفیه اب


مرتبط ها
ارسال نظر
chapta
حداکثر تعداد کاراکتر نظر 200 ميياشد .
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.

اختصاص بورس نخبگان دانشگاه تهران به رتبه های زیر ۱۰۰ در کنکور

تعلیق برنامه گرین‌کارت مایکروسافت

ساعت ۱۲ امشب آخرین مهلت انتخاب رشته در کنکور سراسری سال ۱۴۰۵

مهلت ثبت‌نام آزمون وکالت مرکز وکلای قوه قضائیه مجدد تمدید شد

تمدید مهلت انتخاب رشته آزمون های سراسری و پذیرش دانشجو معلم تا ۱۹ مهر

مخاطرات ورود هوش مصنوعی به کلاس‌های درس

اوپن ای آی میزان استفاده روزانه نوجوانان از چت بات را اعلام کرد

بخشنامه و ضوابط جامع فعالیت مؤسسات جذب دانشجویان بین‌الملل ابلاغ شد

رشته‌محل‌های جدید و اصلاحات دفترچه‌ انتخاب رشته کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

شرایط خوابگاهی دانشگاه‌های کشور برای داوطلبان کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

تحلیل وزیر آموزش و پرورش از نقش فراجا در تأمین امنیت کشور

مجتبی جباری به «هم‌کلام» می‌آید

اختتامیه رویداد ملی «همچو سرو» برگزار شد

«پپا»، همراه کوچک کودکان در یک روز پرماجرا

روایت ۸۰ روز زندگی یک خبرنگار در دل جنگ غزه، منتشر شد

وقتی صدای جمع، صدای عقل را خاموش می‌کند

برگزاری نشست تخصصی «مبانی الهیاتی و اجتماعی جان‌فدا» در تهران

کاظمی:تعطیلی احتمالی مدارس بر اساس شرایط هر منطقه تعیین می‌شود

مشاوران مبعوث؛ پیشگامان هدایت آگاهانه و انتخاب رشته کنکور

آرشیو الکترونیکی ۲۱ هزار عنوان کتاب درسی از سال ۱۳۳۰

آموزش قرآن در برنامه‌درسی ملی باید مورد توجه قرار گیرد

چهار فضانورد اسپیس ایکس به زمین باز می‌گردند

برندگان نوبل شیمی معرفی شدند

آیا الگوریتمها شخصیت مارا می‌سازند؟

تحلیلی بر مناسبات فقه و تاریخ دوره نبوی

گفتن حقیقت درباره صاحبان قدرت، چه از سوی حوزه و چه قضا، هزینه دارد

بخل از کجا می‌آید؟؛ گنجی که صاحبش را نگهبان ترس می‌کند

«حیوانات» بن افلک بدترین نقدها را گرفت؛ فاجعه بود!

چین و عربستان هم آمدند؛ ۹۸ کشور در رقابت بهترین فیلم بین‌المللی اسکار

غزل شاکری و سیامک صفری به تالار وحدت می‌آیند؛ اجرای اقتباسی از «ویتسک»

داریوش عیاری فیلمبردار سینما درگذشت

حمایت بانک‌ها از ۴ دانشگاه آسیب دیده از جنگ کلید خورد

ساخت چندین ماهواره سنجشی ایران با دقت تصویربرداری یک متر

نوبل فیزیک به «پیام‌های شبح‌وار از فضا» رسید

آرای نهایی ۱۴ پرونده انضباطی دانشجویان مرتبط با حوادث دی‌ماه صادر شد

تصویب صندوق عدالت آموزشی برای حمایت از دانش‌آموزان مناطق محروم

دانشجویان دانشگاه هنر نقوش ایرانی را در طراحی پوشاک به‌کار گرفتند

آغاز اجرای طرح «ردا کارت» دانشجویی در ۲۰ دانشگاه کشور طی ۱۰ روز آینده

مدیر ناسا: یوفوها می‌توانند یک «لحظه اسپوتنیک» باشند

«کامپیوتر شریف» انتخاب اول برترین رتبه های ریاضی کنکور ۱۴۰۵

واتس‌اپ ورود کاربران با سیستم‌عامل قدیمی را مسدود می‌کند

کشف سیاره ای که از خاکستر ستاره اش متولد شد

اوپن ای آی ویکی مدیا را هم هک کرد

رتبه ۶ کنکور: جنگ را مدیریت کردم، نه اینکه تسلیمش شوم

وزیر آموزش و پرورش: معیشت معلمان را جدی پیگیری می‌کنیم

ارتقای کیفیت آموزشی اولویت مدارس غیردولتی است

توزیع ۷۶۵ میلیارد تومان تجهیزات ورزشی در ۶۲ هزار مدرسه

قهرمانی دانش‌آموزان ایرانی در مالزی؛ سه سکوی نخست برای ایران

سرپرست صندوق ذخیره فرهنگیان منصوب شد

وزیر آموزش و پرورش وارد لامرد شد

کاظمی: ظرفیت‌های آموزشی ایران و عراق باید بیش از گذشته توسعه یابد

حضور ۸۹ دانشگاه ایرانی در رتبه بندی دانشگاه‌های جهان تایمز ۲۰۲۷

برندگان نوبل پزشکی ۲۰۲۶ معرفی شدند؛ کنترل سلول‌های عصبی با نور

اسپانیا و پرتغال مقصد جدید اعضای هیئت علمی برای فرصت‌ مطالعاتی

توافق مجلس و شورای عالی انقلاب فرهنگی برای بررسی سهمیه‌های کنکور

ثبت نام در رشته‌های بدون آزمون‌ کنکور ۱۴۰۵ آغاز شد

دیار: نخستین همکاری شهرام ناظری و تهمورس پورناظری

تام کروز شکست فیلمش را نپذیرفت

دیوارنگاره میدان جهاد به رنگ پایتخت درآمد

علت لغو کنسرت علیرضا قربانی در شاندیز چه بود؟

پیشنهاد برای ساخت فصل دوم سریال «اکسیر»؛ بازخورد خوبی گرفتیم

کمک اربعین به بازتولید حافظه تاریخی مقاومت و سرمایه اجتماعی فراملیتی

ضرورت انتقال پژوهش‌های علمی هیئات از دانشگاه به هیئت

دوازدهمین شماره «خردورزی» با پرونده‌ای درباره نسل نو منتشر شد

جستارهایی در فلسفه علوم حکمی کتاب شد

آغاز انتخاب رشته کنکور ۱۴۰۵؛ لزوم دریافت رسید انتخاب رشته

شانس‌های جایزه نوبل فیزیک کدامند؟

مطالبات دانشجویان دانشگاه الزهرا(س) در نشست با مسئولان بررسی شد

هوش مصنوعی کسب وکار یابندگان باگ های نرم افزاری را کساد کرد

وجه مغفول شخصیت شهید سید حسن نصرالله امامت اوست

آمادگی ۴۰ کشور برای حضور در مسابقات بین‌المللی قرآن

سید حسن نصرالله رهبران جنبش‌های آزادی‌بخش را تحت‌تأثیر قرار داد

تمدید مهلت ثبت‌نام دومین آزمون بسندگی زبان فارسی ویژه دانشجویان خارجی

اسامی ‌معرفی‌شدگان رشته‌های خاص آزمون کاردانی به کارشناسی اعلام شد

تفاهم‌نامه چهارجانبه طرح رداکارت دانشجویان فردا ۱۴ مهر امضاء می‌شود

گامی تازه در توسعه آموزش بین‌المللی؛ مجتمع آموزشی بین‌المللی حکیم با افتتاح ساختمان جدید به ۷ شعبه رسید

فراخوان بورس ویژه هنگ‌کنگ برای دانشجویان دکتری منتشر شد

نحوه انتخاب رشته‌های بدون آزمون در کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

سامانه راهنمای انتخاب رشته مجازی کنکور ۱۴۰۵ در دسترس قرار گرفت

تعیین تکلیف بدهی وام‌های دانشجویی پس از پایان سنوات مجاز تحصیلی

ثبت نام در رشته‌های بدون آزمون‌ کنکور ۱۴۰۵ آغاز شد

سامانه راهنمای انتخاب رشته مجازی کنکور ۱۴۰۵ در دسترس قرار گرفت

نحوه انتخاب رشته‌های بدون آزمون در کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

گامی تازه در توسعه آموزش بین‌المللی؛ مجتمع آموزشی بین‌المللی حکیم با افتتاح ساختمان جدید به ۷ شعبه رسید

حضور ۸۹ دانشگاه ایرانی در رتبه بندی دانشگاه‌های جهان تایمز ۲۰۲۷

تعیین تکلیف بدهی وام‌های دانشجویی پس از پایان سنوات مجاز تحصیلی

اسپانیا و پرتغال مقصد جدید اعضای هیئت علمی برای فرصت‌ مطالعاتی

آرای نهایی ۱۴ پرونده انضباطی دانشجویان مرتبط با حوادث دی‌ماه صادر شد

فراخوان بورس ویژه هنگ‌کنگ برای دانشجویان دکتری منتشر شد

دیار: نخستین همکاری شهرام ناظری و تهمورس پورناظری

پیشنهاد برای ساخت فصل دوم سریال «اکسیر»؛ بازخورد خوبی گرفتیم

توزیع ۷۶۵ میلیارد تومان تجهیزات ورزشی در ۶۲ هزار مدرسه

آغاز اجرای طرح «ردا کارت» دانشجویی در ۲۰ دانشگاه کشور طی ۱۰ روز آینده

آیت‌الله رشاد: خروج آمریکا از عراق باید برای مسئولان درس عبرت باشد

آغاز انتخاب رشته کنکور ۱۴۰۵؛ لزوم دریافت رسید انتخاب رشته

واکاوی اندیشه امام شهید در باب امت واحده

توافق مجلس و شورای عالی انقلاب فرهنگی برای بررسی سهمیه‌های کنکور

نوبل فیزیک به «پیام‌های شبح‌وار از فضا» رسید

سید حسن نصرالله رهبران جنبش‌های آزادی‌بخش را تحت‌تأثیر قرار داد

کمک اربعین به بازتولید حافظه تاریخی مقاومت و سرمایه اجتماعی فراملیتی

علت لغو کنسرت علیرضا قربانی در شاندیز چه بود؟

دیوارنگاره میدان جهاد به رنگ پایتخت درآمد

ارائه مقالاتی از کشورهای مختلف در نشست اربعین، گفتمان مقاومت

خاموشی: وقت عبور از برنامه‌محوری به اثرمحوری در فعالیت‌های فرهنگی است

جستارهایی در فلسفه علوم حکمی کتاب شد

هوش مصنوعی کسب وکار یابندگان باگ های نرم افزاری را کساد کرد

برندگان نوبل پزشکی ۲۰۲۶ معرفی شدند؛ کنترل سلول‌های عصبی با نور

ساخت چندین ماهواره سنجشی ایران با دقت تصویربرداری یک متر

حمایت بانک‌ها از ۴ دانشگاه آسیب دیده از جنگ کلید خورد

وجه مغفول شخصیت شهید سید حسن نصرالله امامت اوست