تولید هیدروژن به کمک نور خورشید با فناوری نانو

پژوهشگران دانشگاه الزهرا نانوفتوالکتروکاتالیستی را طراحی کرده‌اند که با بازدهی بالا قادر است در فرایند تولید هیدروژن از آب در حضور نور خورشید شرکت کند. این نانوفتوالکتروکاتالیست از ماده‌ ارزان قیمت اکسید آهن تهیه شده است.

کد خبر: ۲۱۷۵۸۵

تاریخ: ۱۱ ارديبهشت ۱۳۹۷ - ۱۲:۳۸

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، هم اکنون بیش از 85 درصد تولید و مصرف انرژی در دنیا، مبتنی بر انرژی‌های تجدیدناپذیر نظیر سوخت‌های فسیلی است. یکی از محصولات احتراق سوخت‌های فسیلی، گاز دی‌اکسیدکربن است که منجر به بروز مشکلات زیست محیطی از جمله گرمایش زمین می شود. با توجه به محدود بودن این منابع سوختی و معایب ناشی از مصرف آن ها، توجه به انرژی‌های تجدیدپذیر و بی پایان نظیر انرژی خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار شده‌است.
به گفته‌ دکتر عمران مرادلو پژوهشگر دانشگاه الزهرا، هیدروژن یکی از حامل‌های انرژی پاک است که می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شود. این سوخت پاک می‌تواند افزون بر استفاده به عنوان سوخت، در خودروهای هیدروژنی و الکتریکی مبتنی بر پیل‌های سوختی، در صنایع دیگر از جمله صنعت برق و نیروگاه‌های سیکل ترکیبی به عنوان خنک کننده ژنراتورها، در تولید آمونیاک، و یا در هیدروژناسیون ترکیبات غیراشباع هیدروکربنی به‌کارگرفته شود.
وی در ادامه به معرفی تحقیق انجام شده پرداخت و عنوان کرد: مهم‌ترین نکته در تولید هیدروژن، کاربرد روش‌های کاملاً سازگار با محیط زیست است تا بتوان هیدروژن را به عنوان سوخت پاک مطرح نمود. یکی از این روش‌ها، روش فتوالکتروشیمیایی است که اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این روش هیدروژن را می‌توان با استفاده از شکافت آب روی یک فتوالکتروکاتالیست مناسب و از طریق برخورد نور خورشید بر سطح کاتالیست تولید نمود. بدین منظور، در پژوهش اخیر، نانوفتوالکتروکاتالیستی از اکسید آهن (هماتیت) و نقاط کوانتومی کربن طراحی و جهت تولید هیدروژن استفاده شده است.
مرادلو درباره دلیل انتخاب هماتیت به عنوان کاتالیست و اصلاح آن توسط نقاط کوانتومی گفت: هماتیت ترکیب ارزانی است، ولی بازدهی آن پایین است. لذا، ما با استفاده از نقاط کوانتومی کربن، اقدام به نانوساختارسازی هماتیت با سنتز هماتیت-نقاط کوانتومی کربن (CQD@α-Fe2O3) کردیم. این عمل باعث کاهش اندازه‌ ذرات هماتیت، غلبه بر محدودیت طول نفوذ کم حامل‌های بار درون ساختار هماتیت، و در نهایت افزایش ده برابری بازدهی آن شده‌است.
گفتنی است که در این طرح برای مشخصه یابی فتوالکتروکاتالیست سنتز شده‌ هماتیت-کربن کوانتوم دات (CQD@α-Fe2O3) از روش‌هایی نظیر FE-SEM، HRTEM، XRD و XPS استفاده شده‌است. همچنین برای بررسی رفتار فتوالکتروشیمیایی و میزان هیدروژن تولیدی بر روی فتوالکتروکاتالیست از آزمون‌های الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری، آمپرومتری و امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر عمران مرادلو- عضو هیأت علمی گروه شیمی دانشگاه الزهرا- زینب ربیعی- کارشناس ارشد شیمی تجزیه از این دانشگاه- و همکارانشان از دانشگاه حکیم سبزواری و دانشگاه صنعتی تگزاس امریکا است. نتایج این کار در مجله‌ Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر 9/45 (جلد 227، سال 2018، صفحات 178 تا 189) منتشر شده است.