05.05.2026 by Aileen Sammler
قياس الثقل الحراري يلتقي بالهيدروجين (الجزء 3): التحقيق في تفاعلات الأكسدة والاختزال للنحاس وأكسيد النحاس تحت أجواء الهيدروجين
تعلّم كيف يمكن تحليل تفاعلات الأكسدة والاختزال الدورية للنحاس/النحاس بواسطة NETZSCH TGA لتقييم آليات التفاعل وقابلية الانعكاس وثبات المادة على المدى الطويل.
قياس الجاذبية الحرارية مع الهيدروجين
يعد الهيدروجين لبنة أساسية لمفاهيم الطاقة المستدامة ومفاهيم العمليات، لا سيما في مجال تطوير درجات الحرارة العالية والمواد.
في الجزء 1 من سلسلة مدونتنا "قياس الثقل الحراري يلتقي بالهيدروجين"، قدمنا أساسيات تحليل قياس الثقل الحراري المتوافق مع الهيدروجين وشرحنا لماذا تعد الأجواء الهيدروجينية الخاضعة للتحكم ضرورية لدراسة المواد المرتبطة بالهيدروجين.
في الجزء 2ركزنا على اختزال Fe2O3 تحت تركيزات مختلفة من H2.
في هذا الجزء 3، تم اتخاذ الخطوة التالية لتطبيق نفس المنهجية على نظام أكسيد فلزي ذي مسارات تفاعل محددة جيدًا: زوج الأكسدة والاختزال CuO/Cu. يوضح هذا المثال بوضوح كيف يمكن استخدام تحليل قياس الثقل الحراري تحت الهيدروجين لتقييم ثبات الأكسدة والاختزال على المدى الطويل، وقابلية الانعكاس، وتأثيرات التحلل في ظل الظروف ذات الصلة بالتطبيق.
لماذا يُعد CuO/Cu مرجعًا قويًا؟
استُخدمت أكاسيد الفلزات النشطة في الأكسدة والاختزال على نطاق واسع كمواد نموذجية في أبحاث الهيدروجين. وتوضح ملاحظتنا التطبيقية الجديدة سلوك الأكسدة والاختزال الدوري لأكسيد النحاس (CuO/Cu) الراسخ في ظل الهيدروجين.
تم وصف الاختزال والأكسدة التدريجي لأكاسيد النحاس على نطاق واسع في الأدبيات وكثيراً ما يستخدم كنظام مرجعي في الدراسات حول الحلقات الكيميائيةوتخزين الطاقةوالعمليات الكيميائية الحرارية.
يسلط العمل المنشور الضوء على الكيفية التي يمكن أن يؤدي بها تدوير الأكسدة والاختزال المتكرر إلى تغيرات هيكلية وحركيات متغيرة في ظل ظروف متساوية الحرارة وغير متساوية الحرارة (على سبيل المثال، تشين وآخرون، 2024؛ سيرسيلو وآخرون، 2024) وكذلك حركية أكسدة المواد القائمة على النحاس(جهرومي وآخرون، 2019).
NETZSCH الأجهزة المستخدمة
أُجريت جميع التجارب الموضحة في الدراسة باستخدام جهاز NETZSCH STA 509 Jupiter® مع جهاز صندوق الأمان H₂Secure
يسمح هذا الإعداد بالتشغيل الآمن تحت أجواء الهيدروجين مع ضمان ظروف تجريبية مستقرة وقابلة للتكرار أثناء التبديل المتكرر للغاز.
يدعم الإعداد:
- تدفق الغاز المحدد إلى العينة
- المراقبة المستمرة لظروف العملية
- التطهير الآلي للغاز الخامل للحفاظ على سيناريوهات آمنة
- مراقبة الضغط لمنع ظروف التشغيل غير الطبيعية.
وهذا يجعل النظام مناسبًا بشكل خاص لتجارب تدوير الأكسدة والاختزال طويلة المدى.
ما تظهره التجربة الاختزال المستقر، الأكسدة المتغيرة
تقوم التجربة المقدمة بتدوير CuO عند 500 درجة مئوية، بالتناوب بين:
- 100% هيدروجين للاختزال و
- الهواء الاصطناعي (21% O₂) للأكسدة.
تكشف إشارة قياس الثقل الحراري عن سلوكين متميزين:
ظل الاختزال قابلًا للتكرار بشكل كامل في جميع الدورات.
كان فقدان الكتلة أثناء الاختزال حوالي 20.1%، وهو ما يتوافق تمامًا مع القيمة النظرية البالغة 20.11% للاختزال الكامل لأكسيد النحاس إلى نحاس معدني. بعد الاختزال، استقرت العينة عند 79.9% من الكتلة، دورة بعد دورة.
ومع ذلك، انخفضت الأكسدة تدريجيًا على مدار الدورات المتتالية.
انخفضت الزيادة في الكتلة المرتبطة بالأكسدة من 20.1% في الدورة الأولى إلى 19.0% ثم إلى 18.2%.
وتقترح المذكرة التطبيقية أن هذا السلوك يمكن أن يُعزى إلى تأثيرات تخميل السطح أو تكتل الجسيمات، مما يحد من إمكانية الوصول إلى الأكسجين ويقلل من اكتمال الأكسدة بمرور الوقت.
وتُعد هذه التغييرات الطفيفة حاسمة بالنسبة لتطبيقات الهيدروجين الحقيقية. وتصبح مرئية فقط من خلال التحليل الدوري لقياس الثقل الحراري.
تعرف على المزيد في مذكرة التطبيق الكاملة
👉 الشروط التجريبية التفصيلية والمنحنيات والتفسيرات متاحة هنا:
كن خبيراً مع دوراتنا التعليمية الإلكترونية المجانية
جميع دورات التعلم الإلكتروني الأساسية NETZSCH مجانية! يتم إنشاء المحتوى من قبل خبراء طريقة المختبر لدينا، الذين يشاركون خبراتهم الشخصية معك. استفد من التعلُّم المرن عبر الإنترنت الذي يتسم بالمرونة والمُكيَّف بالكامل مع احتياجاتك التدريبية!