شکستن حدنصاب تولید هیدروژن با نور خورشید

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از وبگاه فناوری نانو، به گفته دانشمندان جایی که ذرات پر انرژی نور خورشید، با ساختار‌های اتمی برخورد می‌کنند، تحقیقات آن‌ها آغاز می‌شود، زیرا می‌توانند انرژی نور را برای واکنش‌های شیمیایی در دسترس قرار دهند. البته نور خورشید رقیق به زمین می‌رسد، بنابراین انرژی در منطقه نسبتاً کم است، اما صفحات خورشیدی با پوشاندن مناطق وسیع این امر را جبران می‌کنند.
این گروه تحقیقاتی همچنین درحال توسعه نانوساختار‌هایی هستند که می‌توانند برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی استفاده شود.
در این طرح که نتایج آن در مجله Nature Catalysis منتشر شده است، محققان آلمانی یک ابر بلور دو بعدی را ارائه کردند که با کمک نور خورشید هیدروژن را از اسید فرمیک استخراج می‌کند.
کورتس خاطرنشان می‌کند: «در واقع این ماده آنقدر برجسته است که حدنصاب جهانی تولید هیدروژن با استفاده از نور خورشید را دارد. این خبر خوبی برای صنعت تولید هیدروژن است، زیرا آن‌ها نقش مهمی در انتقال موفق انرژی دارند.»
کورتس و هران برای ابر کریستال خود از دو فلز مختلف در مقیاس نانو استفاده کردند. هران توضیح می‌دهد: «ما ابتدا ذراتی در محدوده ۱۰ تا ۲۰۰ نانومتر از فلز پلاسمونیک طلا ایجاد می‌کنیم.»
در این مقیاس، پدیده خاصی در مورد فلزات پلاسمونیک رخ می‌دهد که شامل نقره، مس، آلومینیوم و منیزیم نیز می‌شود: نور مرئی به شدت با الکترون‌های فلز برهم‌کنش می‌کند و باعث می‌شود که آن‌ها به صورت رزونانسی نوسان کنند. این بدان معناست که الکترون‌ها به‌طور جمعی با سرعت بسیار زیادی از یک طرف نانوذره به سمت دیگر حرکت می‌کنند و نوعی آهنربای کوچک ایجاد که کارشناسان از آن به‌عنوان یک لحظه دوقطبی یاد می‌کنند.
کورتس توضیح می‌دهد: «می‌توان این فرآیند را به‌عنوان یک ابرعدسی که انرژی را متمرکز می‌کند، در نظر گرفت. نانومواد ما این کار را انجام می‌دهند، اما در مقیاس مولکولی. این ویژگی به نانوذرات اجازه می‌دهد تا نور خورشید بیشتری را جذب و آن را به الکترون‌های بسیار پر انرژی تبدیل کنند. این‌ها به نوبه خود به تحریک واکنش‌های شیمیایی کمک می‌کنند.»
هران می‌گوید: «آرایه‌های نانوذرات طلا نور ورودی را بسیار کارآمد، با بازده بالا، متمرکز می‌کنند که اصطلاحاً نقاط داغ نامیده می‌شوند. از این نقاط داغ برای انجام واکنش شیمیایی استفاده می‌شود.»
محققان با نرخ تولید ۱۳۹ میلی‌مول در ساعت هیدروژن از اسید فرمیک برای هر گرم کاتالیزور، در حال حاضر حدنصاب جهانی تولید H ۲ با نور خورشید را شکستند.