دانشمندان دانشگاه نورث‌وسترن موفق شدند با استفاده از فناوری نوین نانوکتابخانه‌ها (Megalibrary)، جایگزینی ارزان‌تر و کارآمدتر برای فلز گران‌قیمت ایریدیوم در فرآیند تولید هیدروژن پاک بیابند. این دستاورد می‌تواند مسیر تولید مقرون‌به‌صرفه انرژی هیدروژنی را هموار کرده و تحولی اساسی در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر رقم بزند.
چالش جهانی با ایریدیوم؛ فلزی کمیاب و گران‌قیمت
ایریدیوم، فلزی کمیاب و بسیار گران‌قیمت است که نقش کلیدی در واکنش‌های الکتروشیمیایی تولید هیدروژن دارد. این فلز که اغلب به‌عنوان محصول جانبی استخراج پلاتین به‌دست می‌آید، با قیمتی نزدیک به ۵۰۰۰ دلار برای هر اونس، مانعی جدی در مسیر تولید انبوه هیدروژن سبز محسوب می‌شود. با توجه به محدودیت منابع ایریدیوم، دانشمندان به دنبال یافتن جایگزینی ارزان‌تر و در دسترس‌تر برای آن هستند.
نانوکتابخانه؛ انقلاب در کشف مواد جدید
ابزار نوآورانه‌ای که این تحول را ممکن ساخت، نانوکتابخانه‌ای است که توسط چاد میرکین، استاد برجسته شیمی در دانشگاه نورث‌وسترن، طراحی شده است. این پلتفرم شامل میلیون‌ها نانوذره با ترکیب‌های مختلف فلزی است که روی تراشه‌ای به اندازه نوک انگشت قرار گرفته‌اند. با همکاری مؤسسه تحقیقات تویوتا (TRI)، تیم تحقیقاتی توانست در مدت‌زمانی کوتاه، ترکیب‌هایی از فلزات ارزان و فراوان مانند روتنیوم، کبالت، منگنز و کروم را بررسی کرده و کاتالیستی با عملکرد بالا شناسایی کند.
ترکیب برنده؛ عملکرد بهتر از ایریدیوم
در آزمایش‌های انجام‌شده، ترکیب خاصی از چهار فلز با نسبت دقیق Ru52Co33Mn9Cr6 به‌عنوان کاتالیست منتخب معرفی شد. این ترکیب نه‌تنها عملکردی مشابه ایریدیوم داشت، بلکه در برخی موارد حتی از آن پیشی گرفت. پایداری بالا و فعالیت الکتروشیمیایی چشمگیر این ماده، آن را به گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی ایریدیوم تبدیل کرده است.
اثبات کارایی در شرایط واقعی
یکی از نقاط قوت این تحقیق، اثبات عملکرد کاتالیست جدید در محیط‌های واقعی و مقیاس بزرگ بود. در آزمایش‌های طولانی‌مدت، این ماده توانست بیش از ۱۰۰۰ ساعت در محیط اسیدی با بازدهی بالا و پایداری مناسب فعالیت کند. هزینه تولید آن نیز تنها یک‌شانزدهم هزینه ایریدیوم است، که مزیت اقتصادی قابل‌توجهی به‌شمار می‌رود.
نقش هوش مصنوعی در آینده کشف مواد
نانوکتابخانه‌ها نه‌تنها ابزار قدرتمندی برای کشف کاتالیست‌ها هستند، بلکه با تولید داده‌های عظیم و باکیفیت، زمینه‌ساز استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در طراحی مواد جدید نیز خواهند بود. شرکت Mattiq، یکی از زیرمجموعه‌های دانشگاه نورث‌وسترن، در حال توسعه الگوریتم‌هایی برای تحلیل سریع این داده‌هاست. این فناوری می‌تواند در آینده برای کشف مواد مورد نیاز در باتری‌ها، تجهیزات پزشکی، و اپتیک پیشرفته نیز به‌کار گرفته شود.
گامی به‌سوی آینده‌ای بدون مصالح قدیمی
میرکین در پایان تأکید می‌کند که جهان امروز با زیرساخت‌هایی بر پایه مواد قدیمی و محدود روبه‌روست. با ابزارهای جدید مانند نانوکتابخانه‌ها و پشتیبانی هوش مصنوعی، می‌توان این ساختار را دگرگون کرد و به‌جای مصالح سنتی، بهترین مواد ممکن را برای هر کاربرد یافت.
این پژوهش در تاریخ ۱۹ اوت ۲۰۲۵ در نشریه Journal of the American Chemical Society منتشر شده و توسط مؤسسه تحقیقات تویوتا، شرکت Mattiq و دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده حمایت شده است.
من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی نرم‌افزار هستم و از همان دوران دانشگاه به دنیای تکنولوژی و تحولات آن علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۶ با نوشتن مقالات تحلیلی درباره هوش مصنوعی و برنامه‌نویسی در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر با مجلات و وب‌سایت‌های مختلف تکنولوژی همکاری کردم و اکنون به عنوان دبیر سرویس فناوری‌های نوظهور در یک مجله معتبر تکنولوژی فعالیت می‌کنم. تلاش من این است که آخرین پیشرفت‌ها و دستاوردهای این حوزه را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.
