Atık kemik karbonlu jeo-süperkapasitör

Profesör Fangbai Li ve araştırma ekibi yakın zamanda yaptığı çalışmalar sonucunda süperkapasitörler için bir üretim stratejisi geliştirdi. Bu üretim stratejisi; tekrar şarj edilebilir karbon içeren süperkapasitörleri redoks-parçacık esaslı O₂ aktivasyonuyla birleştirerek sürdürülebilir ve içeriğinde kimyasal bulunmayan bir süperoksit (O₂^.-) üretmektir¹. Bu bulgular, doğal su ve toprak ortamlarının sürdürülebilirliğinin geliştirilmesi için yeni bir strateji olarak değerlendirilmektedir. 

Dış orbitalinde bir veya daha fazla eşlenmemiş elektron bulunan, yüksek enerjili atom veya moleküller serbest radikaller olarak adlandırılmaktadır. Yapısında eşlenmemiş elektron bulunması diğer maddelerle reaksiyona girmesini kolaylaştırır. Serbest radikaller oksijen ve nitrojen kaynaklı olabilir. Oksijen kaynaklı olanlar reaktif oksijen türleri (ROS) ve nitrojen kaynaklı olanlar reaktif nitrojen türleri (RNS) olarak bilinmektedir². Reaktif oksijen türleri (ROS) suda bulunan kirleticilerin oksidatif olarak uzaklaştırılmasına ya da detoksifikasyonuna sebep olur. Bu sayede su zararlı maddelerden yani toksinlerden arınır. Ayrıca, ROS üretimi için fenton ya da fenton benzeri tepkimeler pratik uygulamaları kısıtlayan büyük miktarda kimyasal girdiye ihtiyaç duyar.

Süperoksit radikalleri ve bunlardan meydana getirilen ROS’ları elde etmek için oksijenin doğrudan aktivasyonu olası bir yeşil iyileştirme stratejisi olarak değerlendirilmektedir. Oksijenin direkt olarak atmosferden elde edilebilmesi büyük miktarda kimyasal kullanımının önüne geçmiş olur. Bununla beraber, katalitik malzemeler ve süperoksitleri verimi sınırlandırmaktadır.

Ekip lideri Li, mevcut kısıtlamaları aşabilmek için tekrar şarj edilebilir karbonlu süper kapasitörlere dayalı moleküler oksijeni etkinleştirmek için yeni bir strateji önerdiklerinden söz etti.

‘Bol miktarda mineralle birbirine bağlanmış makromoleküllerden oluşan atık sığır kemikleri pizolize edilerek yüksek gözenekli karbonlu jeo-süperkapasitörler elde edildi³.’

Araştırma ekibi, elde edilen karbonlu jeo-süperkapasitörlerin karbon hatasının ve redoks aktif kinon parçalarının oldukça çok olduğundan bahsetti. Bu durum elektronları oksijene verimli bir şekilde aktararak süperoksit radikalleri meydana getirdiğini gösteriyor. Karbon esaslı jeo-süperkapasitörler elektronları çok iyi bir şekilde şarj edebilir ve kararlı bir süperoksita sahiptir. Ayrıca sürdürülebilir süperoksit üretimine imkan veriyor. Bu özelliklerin jeo-kapasitörler açısından önemli olduğu değerlendiriliyor.

Bu strateji, farklı olayların gelişmesiyle birden fazla kirletici maddenin oksidatif detoksifikasyon dönüşümünü sağlar. Doğal su ve toprak ortamlarının sürdürülebilirlik bakımından geliştirilmesi için yeni bir strateji oluşturması beklenmektedir.

Emine Gül Kurtal

Kaynaklar

1. Fang, L., Liu, K., Xu, L., Wu, F., Borch, T., & Li, F. (2024). Rechargeable carbonaceous geosupercapacitor for sustainable superoxide generation and pollutant abatement. Nature Water, 1-11. 
2. https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/227277
3. https://phys.org/news/2024-06-rechargeable-carbonaceous-geosupercapacitor-sustainable-pollutant.html