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.

خودروهای خودران بایدو با نام «AmiGo» مجوز فعالیت در شرق سوئیس گرفتند

رقابت سخت منطقه‌ای برای جذب دانشجویان خارجی؛ هشدار دانشگاه امیرکبیر

امضای تفاهم‌نامه مشترک دانشگاه‌های صنعتی UT۵ برای تقویت هم‌افزایی

تغییر زمان امتحانات دانشگاه‌ها در ایام تشییع رهبر شهید انقلاب

تأثیر مثبت نمرات پایه یازدهم در کنکور ۱۴۰۵؛ سوابق دوازدهم همچنان ۶۰ درصد

طرح «حامی» برای جبران کاستی‌های یادگیری دانش‌آموزان اجرا می‌شود

وام ودیعه مسکن دانشجویان علوم پزشکی برای شهر تهران افزایش یافت

شهید لاریجانی؛ الگویی که مصلحت جامعه را بر فرد مقدم می‌دانست

بحران صندلی خالی در دانشگاه‌ها؛ هشدار درباره آینده نزدیک

رئیس دانشگاه جامع انقلاب اسلامی: روحیه دفاع مقدس را در علم و فناوری بازتولید کنیم

حذف آزمون جامع در راه است؟ برنامه تحول وزارت علوم برای مقاطع کارشناسی تا دکتری

سنت منطقی اسلامی چگونه پشتوانه مواجهه با منطق ریاضی است؟

جهان اسلام به این روحانی فرزانه و اهل ادب می‌بالد

بانو مجتهده امین نماد توانمندی زنان است

بازیگر معروف: صداپیشگان شایسته دریافت اسکار بازیگری هستند

اختتامیه پویش ملی وطن به روایت من برگزار شد

اهدای نامه سید مجید موسوی و انگشتر یادبود به فرزند شهید سید مصطفی میرغفاری

حرم‌های کربلا در آستانه محرم سیاه پوش شدند

زمان تشییع رهبر شهید اعلام شد +جزئیات را اینجا بخوانید

هزینه ثبت‌نام جهش تحصیلی دانش‌آموزان اعلام شد

مجموعه‌کتاب «داستان‌های غولی» درباره اهمیت آب به کودکان می‌آموزد

نگاهی به نقش توییتر در جنگ رسانه‌ای دشمن در کتاب «توئیتری شدن سیاست»

تکرار سنت اهریمنی استکبار در عاشورای ۱۴۰۵ در حمله به یک منابع آب

طراح بازی «نجات دختران اپستین توسط بچه‌های میناب» از این بازی می‌گوید

درباره زندگی رازآمیز درختان در این کتاب بخوانید

هکرها پیام‌رسان دولتی فرانسه را هک کردند

رونمایی آستان مقدس علوی از پروژه نگارش نسخه‌ای نفیس از نهج‌البلاغه

اختراع کتی که هوا را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند

وزیر علوم: اساتید دانشگاه با امید و انگیزه در کلاس درس حاضر شوند

مقابله با موج محتوای غیرقانونی در بحران‌ها؛ بریتانیا شبکه‌های اجتماعی را ملزم به سازوکار ویژه کرد

شکایت جدید علیه OpenAI؛ ChatGPT نتوانست جلوی خودکشی کاربر را بگیرد

مأموریت دانشگاه‌ها در برنامه «مهر» برای حل بحران آب، ناترازی انرژی و تورم

بازگشت ۴۵۰۰ دانشجوی دانشگاه شریف از امروز

تأکید رئیس مرکز هیئت امنا و ممیزه بر نقش کلیدی فناوری در دفاع ملی

آگهی/ از خرید کابل برق چه می‌دانید؟ راهنمایی که پیش از هر بازسازی باید بخوانید

توانمندسازی مدرسان آموزش خانواده با رویکرد جوانی جمعیت

ایلان ماسک نخستین تریلیونر دنیا می‌شود

افزایش سهمیه بومی در دستیاری دندانپزشکی؛ اعلام آخرین مهلت ثبت‌نام

تاکید بر ارتقای کیفیت آموزش هُنر در مدارس

اپ ادیتس متا صاحب دستیار هوش مصنوعی می شود

تبدیل شدن آئین تعویض پرچم امام حسین(ع) به رویدادی جهانی

اهمیت هوش مصنوعی در مسیر ارتقای کیفیت آموزشی

جلسه تلاوت و هم‌اندیشی قاریان بین‌المللی مزین به نام رهبر شهید

فلسفه در اندیشه حضرت امام، مقدمه‌ای ضروری برای رسیدن به عرفان است

جریان قاتلان حسین (ع) امروز در مقابل امت ایشان قرار گرفته‌اند

جدایی متا از شریک چینی جنجالی کلید خورد

احتمال اعمال محدودیت دوباره بر اینترنت بین‌الملل وجود دارد؟

خدمات ابری گوگل در هند مختل شد

چه چیزی کلید مرگ را در کهکشان‌ها می‌چرخاند؟

جنجال غیبت زنان در میان فضانوردان آرتمیس ۳

داستان جالب کندترین آزمایش جهان چه بود؟

تاثیر باورنکردنی چای بر سلامتی و افزایش طول عمر

اقدامات حرم حضرت ابوالفضل العباس(ع) برای استقبال از ماه محرم

رویکردی اجتهادی بر جایگاه مردم در حکمرانی از منظر فقه شیعه در کتاب «فقه، مردم و حکمرانی»

واکاوی در مسئله عرفان و سلامت معنوی کودکان در یک نشست

نتیجه نهایی گفتگوی پیامبر با مسیحیان نجران پس از ماجرای مباهله چه شد؟

افتتاح سردخانه دومداره آمونیاکی شهر اهر با حضور حجت الاسلام خاموشی

هشدار قالیباف به ترامپ و دیگر رهبران جهان+عکس

حجت‌الاسلام قمی: زبان در وصف شما مردم مبعوث شده قاصر است

طرح روضه‌های خانگی سدره به مناسبت ماه محرم آغاز به کار کرد

نیاز داریم که همگی نسبت به معضلات و نیازها احساس مسئولیت کنیم

جزئیات جدید اعمال سوابق تحصیلی در کنکور سراسری ۱۴۰۵ را اینجا بخوانید

به کارگیری هوش مصنوعی جمینای در کروم به غرب آسیا رسید

زیرساخت حقیقی این سرزمین، تمدن کهن، فرهنگ و هنر ماندگارش است

تعیین سقف افزایش شهریه دانشگاه‌های غیردولتی بر اساس نرخ تورم

از خرید کابل برق چه می‌دانید؟ راهنمایی که پیش از هر بازسازی باید بخوانید

اقتدار دفاعی ایران، ایده‌ای نو در بازی‌های رومیزی

۳۵ ثانیه، ۷۲۰ هزار گلوله در لامرد/ جنایتی که روایت نشد

آئین اختتامیه روایت علوی برگزار شد

بازی‌های تیم ملی فوتبال ایران در سینماها پخش می‌شود

معرفی چهار آلبوم موسیقی تازه وارد در فضای مجازی

روایت جواد موگویی از یک جنایت جنگی: حادثه لامرد در سایه روایت‌های اشتباه رسانه‌ای گم شد

جزئیات برنامه‌های محرمی اوقاف در قالب طرح سوگواره بصیرت عاشورایی اعلام شد

دقت در نسبت با خاستگاه علوم انسانی بسیار مهم است

پویش «ایران در پناه قرآن» تا پایان خرداد تمدید شد

برگزاری نمایشگاه معماری حرمین شریفین در مکه مکرمه

حمایت آیت الله رشاد از بازسازی و ساخت مجدد کنیسه آسیب دیده در جنگ

آیا در جنگ هرکاری مجاز است؟ نگاهی به اخلاق در میدان نبرد

تأثیر سوابق پایه یازدهم در کنکور ۱۴۰۵ مثبت شد / ۶ درس نهایی برای کنکور

راز حذف زمینه‌های فلسفی «یوگا» در نسخه مدرن

انویدیا با غول‌های فناوری کره جنوبی قرارداد بست

تعیین سقف افزایش شهریه دانشگاه‌های غیردولتی بر اساس نرخ تورم

تأثیر سوابق پایه یازدهم در کنکور ۱۴۰۵ مثبت شد / ۶ درس نهایی برای کنکور

مصوبه افزایش حقوق اعضای هیئت علمی لغو نشده است

فعالیت ۳۷ هزار سفیر سلامت دانش‌آموزی

آغاز ثبت نام آزمون کاردانی به کارشناسی از ۲۴ خرداد ماه

راز حذف زمینه‌های فلسفی «یوگا» در نسخه مدرن

دقت در نسبت با خاستگاه علوم انسانی بسیار مهم است

جزئیات جدید اعمال سوابق تحصیلی در کنکور سراسری ۱۴۰۵ را اینجا بخوانید

از خرید کابل برق چه می‌دانید؟ راهنمایی که پیش از هر بازسازی باید بخوانید

حمایت آیت الله رشاد از بازسازی و ساخت مجدد کنیسه آسیب دیده در جنگ

مهلت دفاع از پایان نامه دستیاران پزشکی تا پایان آذر ۱۴۰۵ تمدید شد

ضیافت نور در آسمان خرداد؛ دیدار دو سیاره منظومه شمسی در آسمان ایران

۷۸ درصد ترافیک اینترنت به حالت قبل و اول دی ماه بازگشت

رویکردی اجتهادی بر جایگاه مردم در حکمرانی از منظر فقه شیعه در کتاب «فقه، مردم و حکمرانی»

آذین‌بندی و شادی‌های عمومی باید به عنوان مدخل معرفت باشد

جزئیات برنامه‌های محرمی اوقاف در قالب طرح سوگواره بصیرت عاشورایی اعلام شد

بازی‌های تیم ملی فوتبال ایران در سینماها پخش می‌شود

ایران در جمع ۶ کشور دارای توان ساخت تجهیزات پیشرفته کرایوژنیک

حضوری شدن برخی امتحانات دانشگاه علم و صنعت در مقطع کارشناسی

افزایش سهمیه بومی در دستیاری دندانپزشکی؛ اعلام آخرین مهلت ثبت‌نام

ثبت‌نام خودکار ۸۵ درصد دانش‌آموزان ابتدایی در استان سمنان

روایت جواد موگویی از یک جنایت جنگی: حادثه لامرد در سایه روایت‌های اشتباه رسانه‌ای گم شد

نیاز داریم که همگی نسبت به معضلات و نیازها احساس مسئولیت کنیم

مأموریت دانشگاه‌ها در برنامه «مهر» برای حل بحران آب، ناترازی انرژی و تورم

هوش مصنوعی زلزله یاب شد

آئین اختتامیه روایت علوی برگزار شد

افتتاح سردخانه دومداره آمونیاکی شهر اهر با حضور حجت الاسلام خاموشی

واکاوی در مسئله عرفان و سلامت معنوی کودکان در یک نشست

تداوم فعالیت علمی دانشگاه شهید بهشتی با وجود آسیب در جنگ