تبدیل انرژی به سوخت هیدروژنی با استفاده از فتوسنتز

پژوهشگران به رکورد تازه‌ای در تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت دست پیدا کردند که می‌تواند به رواج استفاده از فتوسنتز برای تولید انرژی با کمک نانوذرات کمک کند.

رشد اقتصادی جهانی با افزایش تقاضا برای انرژی همراه شده‌است، اما افزایش تولید انرژی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. به‌تازگی دانشمندان بازده تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت را افزایش داده‌اند و اکنون می‌خواهند از ابزار فتوسنتز استفاده کنند.

لیلاک امیراوی از محققان این پروژه می‌گوید: «ما می‌خواهیم سامانه فتوکاتالیستی تولید کنیم که از نور خورشید برای انجام واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کند.»

محققان این پروژه در حال طراحی یک دستگاه فتوکاتالیستی هستند که قادر است آب را به سوخت هیدروژن تبدیل کند. امیراوی می‌گوید: «زمانی که ما نانوذرات میله‌ای شکل را درون آب قرار می‌دهیم و به آن‌ها نور می‌تابیم، این نانوذرات بار الکتریکی مثبت و منفی ایجاد می‌کنند. مولکول آب شکسته شده و بارهای منفی باعث تولید هیدروژن و بار مثبت موجب تشکیل اکسیژن می‌شود.»

اگر بارهای مثبت و منفی تولید شده به هم جذب شوند، نوترکیبی اتفاق افتاده و انرژی از دست می‌رود. بنابراین، باید میان آن‌ها فاصله ایجاد کرد که برای این کار محققان ساختار هتروژن منحصر به‌فردی تولید کردند که در آن از نیمه‌هادی‌های مختلف، بلورهای فلز و اکسیدفلزی استفاده می‌شود.

آن‌ها با استفاده از یک سیستم مدل، واکنش‌های اکسیداسیون و احیا را به‌طور جداگانه مورد مطالعه قرار داده و از این ساختار هتروژن برای بهینه‌سازی تولید سوخت استفاده کردند.

این گروه نتایج یافته‌های خود را در نشریه American Chemical Society به چاپ رسانده‌اند.

محققان این پروژه در سال ۲۰۱۶ یک ساختار هتروژن حاوی نقطه کوانتومی سلنید کادمیم محاط شده توسط سولفیدکادمیم میله‌ای شکل را ساختند. یک ذره فلزی پلاتین در نوک آن قرار داده شد. ذرات سلنید کادمیم بارهای مثبت را به خود جذب می‌کرد، در حالی که بارهای منفی روی نوک جمع می‌شدند. آن‌ها با این فناوری به کارایی ۱۰۰ درصد در تبدیل نور خورشید به سوخت هیدروژن رسیدند.

البته در آن پروژه محققان فقط روی نیم‌واکنش احیا مطالعه کردند. اما برای عملکرد مناسب، سیستم فتوکاتالیستی باید از واکنش‌های اکسیداسیون و احیا پشتیبانی کند.

این گروه تحقیقاتی رویکرد جدیدی را دنبال کردند که آن‌ها را به سوی بنزیل‌آمین سوق داد. آن‌ها دریافتند که می‌توان آب را به هیدروژن تبدیل کرد و در این بین بنزیل‌آمین به بنزآلدهید تبدیل می‌شود. با این کار، محققان، فرآیند را از فتوکاتالیست به فتوسنتز تبدیل کردند.

منبع: science daily