تولید ساده‌تر هیدروژن سبز با یک کاتالیزگر نوری جدید

پژوهشگران اسپانیایی با استفاده از نانوذرات فلزی، یک کاتالیزگر نوری جدید ساخته‌اند که می‌تواند امکان تولید هیدروژن از نور خورشید را به طور موثر فراهم کند.

کد خبر: ۶۹۱۷۸۴

تاریخ: ۰۴ ارديبهشت ۱۴۰۳ - ۱۰:۱۴

به گزارش ایران اکونومیست، شاید یک کاتالیزگر نوری جدید بتواند راه را برای تولید هیدروژن سبز هموار کند.

به نقل از نانومگزین، پژوهشگران «دانشگاه پلی‌تکنیک کاتالونیا»(UPC) و «موسسه علوم و نانو فناوری کاتالونیا»(ICN2) در یک پیشرفت قابل توجه برای استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، یک کاتالیزگر نوری جدید ساخته‌اند که هیدروژن را به طور موثر از نور خورشید تولید می‌کند. این ابتکار، راه را برای روش‌های جدید استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن پاک هموار می‌کند که برای پیشرفت‌های انرژی پایدار بسیار مهم هستند.

هیدروژن برای آینده انرژی پایدار که عمدتا از منابع تجدیدپذیر حاصل می‌شود، حیاتی است. مدتی است که توانایی برخی از نیمه‌رساناها برای آغاز واکنش‌های شیمیایی زیر نور خورشید توسط الکترون‌های برانگیخته شناخته شده است. در میان این مواد، دی‌اکسید تیتانیوم یک ماده مقرون‌به‌صرفه و غیر سمی است و به طور گسترده در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده می‌تواند آب و ترکیبات آلی را برای تولید هیدروژن هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید تقسیم کند. با وجود این، کاربرد عملی آن در تولید هیدروژن به دلیل سست شدن سریع الکترون‌های برانگیخته و کاهش کارآیی تولید هیدروژن محدود شده است.

نقطه عطف این پژوهش زمانی بود که «لوئیس سولر»(Lluís Soler) و «جوردی یورکا»(Jordi Llorca) پژوهشگران پروژه متوجه شدند که مانع را می‌توان به واسطه ادغام دی‌اکسید تیتانیوم با نانوذرات فلزی از میان برداشت. این نانوذرات به‌عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند، حالت برانگیختگی الکترون‌ها را طولانی می‌کنند و احتمال مشارکت آنها را در تولید هیدروژن افزایش می‌دهند.

بررسی‌های بیشتر، اهمیت ویژگی‌های ساختاری نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم را برجسته کردند. پژوهشگران با به‌کارگیری یک فرآیند مکانوشیمیایی برای اتصال خوشه‌های فلزی به نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در شکل‌های گوناگون دریافتند که وجه‌های کریستالوگرافی این ذرات یک نقش مهم در اثربخشی تولید هیدروژن دارند. این چهره‌ها بر نحوه حرکت اتم‌ها و به هم رسیدن آنها تأثیر می‌گذارند و بر پایداری فوتوکاتالیست‌ها و راندمان انتقال الکترون از نیمه‌رسانا به نانوذرات فلزی نیز اثرگذار هستند.

در میان پیکربندی‌های آزمایش‌شده، فوتوکاتالیست‌های دارای خوشه‌های پلاتین روی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم هشت وجهی، به دلیل میزان تولید هیدروژن و پایداری برتر خود برجسته بودند. «کلودیو کازورلا»(Claudio Cazorla) یکی دیگر از پژوهشگران این پروژه، با کمک محاسبات مکانیکی کوانتومی به بررسی ساختار الکترونیکی این کاتالیزگرهای نوری پرداخت. این اطلاعات نظری در کنار داده‌های تجربی به دست‌آمده از طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، درک جامعی را درباره مکانیسم‌های زیربنایی ارائه دادند.

این پژوهش، پتانسیل نانوفناوری را در تقویت سیستم‌های انرژی نشان می‌دهد و زمینه را برای «مرکز خاص تحقیقات هیدروژن»(CER-H2) در دانشگاه پلی‌تکنیک کاتالونیا فراهم می‌آورد تا کاربردهای عملی این یافته‌های نوآورانه را بررسی کند و یک گام به استفاده گسترده از هیدروژن سبز نزدیک‌تر شود.

این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.