شكافت آب با یك فوتوكاتالیست با راندمان كوانتومی نزدیك به ۱۰۰ درصدی!
پژوهشگران ژاپنی موفق به ایجاد یک فوتوکاتالیست یا کاتالیزور یا کاتالیزگر نوری شده اند که می تواند با کارایی کوانتومی نزدیک به صد درصدی آب را به اتم های هیدروژن و اکسیژن تقسیم کند.
به گزارش گردو دانلود به نقل از ایسنا و به نقل از اف سی دبلیو، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی "تسویوشی تاکاتا"، "تاکاشی هیساتومی" و "کازوناری دومن" از دانشگاه "شین شو" موفق به تولید یک فتوکاتالیست(کاتالیزگر نوری) شدند که با راندمان کوانتومی نزدیک به ۱۰۰ درصدی می تواند آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کند.
این تیم متشکل از محققانی از دانشگاه "یاماگوچی"، دانشگاه "توکیو" و انستیتوی ملی علوم و فنون پیشرفته صنعتی(AIST) بود.
این تیم یک ساختار فتوکاتالیست ایده آل را ساخته است که از ذرات نیمه هادی(نیمه رسانا) و "هم کاتالیزگر"(co-catalyst) تشکیل شده است.
"فتوکاتالیست"(Photocatalyst) به کاتالیزورهایی گفته می شود که در حضور نور فعال می شوند.
فتوکاتالیست ها معمولاً اکسیدهای جامد نیمه رسانا هستند که با جذب فتون ها یک جفت الکترون-حفره در آنها ایجاد می شود. این الکترون-حفره می توانند با مولکول های موجود در سطح ذرات واکنش دهند.
از فتوکاتالیست ها در تصفیه آب، تصفیه آلاینده ها از هوا، شیشه های خودتمیزشونده، تجزیه مولکول های آلی و غیره استفاده می شود.
ساختار این فتوکاتالیست جدید بطور موثری از تلفات جلوگیری کرده و به بالاترین بازده کوانتومی رسیده است.
واکنش شکافت آب با انرژی خورشیدی، یک فناوری تولید هیدروژن خورشیدی تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ است. جهت استفاده عملی از چنین فناوری ارزشمندی، هزینه تولید هیدروژن خورشیدی باید به میزان قابل توجهی کم شود که این امر به یک سیستم واکنشی نیاز دارد که بتواند آب را بطور کارآمد بشکافد و به آسانی در مقیاس بزرگ قابل انجام باشد.
"شکافت آب"(Water splitting) عبارتی کلی است که به کلیه واکنش های شیمیایی که منجر به تجزیه مولکول آب به دو عنصر تشکیل دهنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن می شود، اطلاق می شود. باتوجه به افزایش بیش از پیش استفاده از هیدروژن بعنوان سوخت، روش های زیادی برای تولید هیدروژن از آب ابداع شده است که همچون آنها الکترولیز آب یا استفاده از جلبک ها برای تجزیه آب و همین روش جدید استفاده از کاتالیزگرهای نوری است.
پژوهشگران می گویند، یک سیستم متشکل از فتوکاتالیست های ذره ای نیمه هادی می تواند در یک منطقه وسیع با فرآیندهای نسبتاً ساده گسترش یابد. بدین سبب با بهره گیری از فتوکاتالیست هایی که واکنش شکافت آب ناشی از نور خورشید را با کارایی بالا ایجاد می کنند، می توان گام های بزرگی در جهت تولید هیدروژن خورشیدی در مقیاس بزرگ برداشت.
برای افزایش راندمان شکافت آب با فتوکاتالیست و انرژی خورشیدی، ارتقاء و بهبود دو عامل ضروری است: گسترش دامنه موج نوری که توسط فتوکاتالیست برای واکنش استفاده می شود و افزایش عملکرد کوانتومی در هر طول موج.
اولی با مواد مورد استفاده در فتوکاتالیست قابل دستیابی است و دومی توسط کیفیت مواد فتوکاتالیست و عملکرد کاتالیست مورد استفاده برای پیشبرد واکنش تعیین می شود.
با این وجود شکافت آب با فتوکاتالیست یک واکنش درون زا است که شامل انتقال چند الکترون است که در یک حالت عدم تعادل رخ می دهد.
این مطالعه طراحی و اصول کار را برای پیشرفت روش های شکافت آب با راندمان کوانتومی بالا تعریف کرده است. دانش به دست آمده از این مطالعه، زمینه شکافت آب فتوکاتالیستی را برای تولید مقیاس پذیر هیدروژن خورشیدی بیشتر می کند.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب