تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن دستاورد جدید ژاپنی ها - بیباپ

از وبسایت ویکی پدیا دیدن نمایید.

به گزارش خبرنگاران و به نقل از ایسنا، 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 فراوری نموده است که از ذرات نیمه هادی(نیمه رسانا) و هم کاتالیزگر(co-catalyst) تشکیل شده است.

فتوکاتالیست(Photocatalyst) به کاتالیزورهایی گفته می گردد 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 گردد. 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 گردد.

ساختار این فتوکاتالیست جدید به طور موثری از تلفات جلوگیری نموده و به بالاترین بازده کوانتومی رسیده است.

واکنش شکافت آب با انرژی خورشیدی، یک فناوری فراوری هیدروژن خورشیدی تجدیدپذیر در مقیاس عظیم است. برای استفاده عملی از چنین فناوری ارزشمندی، هزینه فراوری هیدروژن خورشیدی باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد که این امر به یک سیستم واکنشی احتیاج دارد که بتواند آب را به طور کارآمد بشکافد و به راحتی در مقیاس عظیم 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 گردد، اطلاق می گردد. با توجه به افزایش روز افزون استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، روش های زیادی برای فراوری هیدروژن از آب ابداع شده است که از جمله آنها الکترولیز آب یا استفاده از جلبک ها برای تجزیه آب و همین روش جدید استفاده از کاتالیزگرهای نوری است.

محققان می گویند، یک سیستم متشکل از فتوکاتالیست های ذره ای نیمه هادی می تواند در یک منطقه وسیع با فرآیندهای نسبتاً ساده گسترش یابد. بنابراین با استفاده از فتوکاتالیست هایی که واکنش شکافت آب ناشی از نور خورشید را با کارایی بالا ایجاد می نمایند، می توان گام های عظیمی در جهت فراوری هیدروژن خورشیدی در مقیاس عظیم برداشت.

برای افزایش بهره وری شکافت آب با فتوکاتالیست و انرژی خورشیدی، ارتقاء و بهبود دو عامل لازم است: گسترش دامنه موج نوری که توسط فتوکاتالیست برای واکنش استفاده می گردد 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 معین می گردد.

با این حال 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 بهره وری کوانتومی بالا تعریف نموده است. دانش به دست آمده از این مطالعه، زمینه شکافت آب فتوکاتالیستی را برای فراوری مقیاس پذیر هیدروژن خورشیدی بیشتر می نماید.