MXene Catalyst: ಹಸಿರು ಜಲಜನಕ, ಸೌರ ನಿರ್ಲವಣೀಕರಣ ಮತ್ತು IIT ಗುವಾಹಟಿ

ಸುದ್ದಿಯಲ್ಲಿ ಏಕೆ?

ಇಂಡಿಯನ್ ಇನ್‌ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಆಫ್ ಟೆಕ್ನಾಲಜಿ (IIT) ಗುವಾಹಟಿಯ ಸಂಶೋಧಕರು MXene ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ವಸ್ತುವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಅದು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಮರ್ಥವಾಗಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ (hydrogen generation) ಮತ್ತು ಸಮುದ್ರದ ನೀರನ್ನು ಶುದ್ಧೀಕರಿಸುತ್ತದೆ (seawater purification). ಡ್ಯುಯಲ್-ಫಂಕ್ಷನ್ ವೇಗವರ್ಧಕವು (dual‑function catalyst) ಸುಸ್ಥಿರ ಶಕ್ತಿ (sustainable energy) ಮತ್ತು ಶುದ್ಧ ಕುಡಿಯುವ ನೀರಿನ ಅವಳಿ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ.

ಹಿನ್ನೆಲೆ

MXenes 2011 ರಲ್ಲಿ ಕಂಡುಹಿಡಿದ ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ವಸ್ತುಗಳ (two-dimensional materials) ಕುಟುಂಬವಾಗಿದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ MAX ಹಂತ ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಬೃಹತ್ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳಿಂದ (bulk precursor) ಲೇಯರ್‌ಗಳನ್ನು ಎಚ್ಚಣೆ (etching) ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು M_n+1X_nT_x ಎಂಬ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ M ಆರಂಭಿಕ ಪರಿವರ್ತನೆ ಲೋಹವಾಗಿದೆ (transition metal), X ಕಾರ್ಬನ್ ಅಥವಾ ಸಾರಜನಕ ಮತ್ತು T ಆಮ್ಲಜನಕ, ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಲ್ ಅಥವಾ ಫ್ಲೋರಿನ್‌ನಂತಹ ಮೇಲ್ಮೈ ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ಗುಂಪುಗಳನ್ನು (surface functional groups) ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. MXenes ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆ (electrical conductivity), ಯಾಂತ್ರಿಕ ಶಕ್ತಿ (mechanical strength) ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಫಿಲಿಸಿಟಿಗೆ (hydrophilicity) ಹೆಸರುವಾಸಿಯಾಗಿದೆ, ಶಕ್ತಿ ಸಂಗ್ರಹಣೆ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಸಂಸ್ಕರಣೆಗೆ ಅವು ಭರವಸೆ ನೀಡುತ್ತವೆ. ಒಂದು ಸವಾಲು, ಆದಾಗ್ಯೂ, ವೇಗವರ್ಧನೆಗೆ (catalysis) ಅವುಗಳ ಸೀಮಿತ ಸಕ್ರಿಯ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ (active surface area).

ಐಐಟಿ ಗುವಾಹಟಿ ತಂಡ ಸಾಧಿಸಿದ್ದೇನು

• ಅಲ್ಟ್ರಾಲೋ ಓವರ್ಪೊಟೆನ್ಶಿಯಲ್ (Ultralow overpotential): ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ MXene ವೇಗವರ್ಧಕವು ಕೇವಲ 12 mV ಯ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ವಿಕಾಸದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮಿತಿಮೀರಿದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು (hydrogen evolution reaction overpotential) ಸಾಧಿಸಿದೆ, ವಾಣಿಜ್ಯ ಪ್ಲಾಟಿನಂ/ಕಾರ್ಬನ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳನ್ನು ಮೀರಿಸಿದೆ. ಅಂದರೆ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೀರನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕವಾಗಿ ವಿಭಜಿಸಬಹುದು.
• ರಚನಾತ್ಮಕ ಮಾರ್ಪಾಡುಗಳು (Structural modifications): ಚಾರ್ಜ್ ಸಾಗಣೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಸಕ್ರಿಯ ಸೈಟ್‌ಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ತೆಳುವಾದ, ರಿಬ್ಬನ್ ತರಹದ ರಚನೆಗಳಾಗಿ (ribbon‑like structures) ಪರಿವರ್ತಿಸಿದರು. ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಅವರು ರುಥೇನಿಯಮ್ (ruthenium) ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಆಮ್ಲಜನಕ-ಮುಕ್ತ ತಾಣಗಳಾಗಿ ಡೋಪ್ ಮಾಡಿದರು.
• ನಿರ್ಲವಣೀಕರಣ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ (Desalination capability): ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಜಾನಸ್ ಬಾಷ್ಪೀಕರಣಕ್ಕೆ (Janus evaporator) ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗಿದೆ ಅದು ನೀರಿನ ಮೇಲೆ ತೇಲುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ ಪದರವನ್ನು ಆವಿಯಾಗಿಸಲು ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಗಂಟೆಗೆ ಪ್ರತಿ ಮೀ² ಗೆ ಸುಮಾರು 3.2 ಕೆಜಿ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆಯ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು (evaporation rate) ಸಾಧಿಸಿತು ಮತ್ತು ಲವಣಗಳು ಮತ್ತು ಮಾಲಿನ್ಯಕಾರಕಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಿತು, ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ಕುಡಿಯುವ-ನೀರಿನ ಮಾನದಂಡಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುವ ನೀರನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ.
• ಕಂಪ್ಯೂಟೇಶನಲ್ ಒಳನೋಟಗಳು (Computational insights): ದೋಷ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ (defect engineering) ಮತ್ತು ಮೆಟಲ್ ಡೋಪಿಂಗ್ (metal doping) ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೇಗೆ ಸುಧಾರಿಸಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಸುಧಾರಿತ ಮಾಡೆಲಿಂಗ್ ಸಹಾಯ ಮಾಡಿತು, ಇದು ರೀತಿಯ ವಸ್ತುಗಳ ಭವಿಷ್ಯದ ವಿನ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಮಾರ್ಗದರ್ಶನ ನೀಡುತ್ತದೆ.

ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆ

• ಸುಸ್ಥಿರ ಹೈಡ್ರೋಜನ್: ನೀರನ್ನು ವಿಭಜಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ, ವೇಗವರ್ಧಕವು ಶುದ್ಧ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಇಂಧನದ (clean hydrogen fuel) ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಬಳಸಿದಾಗ ನೀರನ್ನು ಮಾತ್ರ ಹೊರಸೂಸುತ್ತದೆ.
• ಕೈಗೆಟುಕುವ ನಿರ್ಲವಣೀಕರಣ: MXene ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸೌರ-ಚಾಲಿತ ನಿರ್ಲವಣೀಕರಣವು (solar‑driven desalination) ದುಬಾರಿ ಮೂಲಸೌಕರ್ಯ ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ ಇಲ್ಲದೆ ಶುದ್ಧ ಕುಡಿಯುವ ನೀರನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.
• ಬಹುಮುಖ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು (Versatile applications): ಈ ಕೆಲಸವು ನವೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿ, ನೀರಿನ ಸಂಸ್ಕರಣೆ ಮತ್ತು ಅದರಾಚೆಗೆ MXene ನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ದ್ವಿ-ಆಯಾಮದ ವಸ್ತುಗಳ ಬಗ್ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನು ಪ್ರೋತ್ಸಾಹಿಸುತ್ತದೆ.

ತೀರ್ಮಾನ

ಐಐಟಿ ಗುವಾಹಟಿಯ MXene-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕವು ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಒತ್ತುವ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ನ್ಯಾನೊವಸ್ತುಗಳು ಹೇಗೆ ಎದುರಿಸಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಇಂತಹ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳು ಭಾರತವು ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ ಜನಸಂಖ್ಯೆಯ ಅಗತ್ಯತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುವಾಗ ಹಸಿರು ಆರ್ಥಿಕತೆಯತ್ತ ಸಾಗಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಮೂಲ: DD News