Güneş ışığı, su ve hematit kullanarak yüksek verimli hidrojen gazı üretimi

Photo by Jong Marshes on Unsplash

Hidrojen olası yeni nesil bir enerji çözümüdür ve fotokatalizörler kullanılarak güneş ışığı ve sudan üretilebilir. Bir araştırma grubu, hematit fotokatalizörleri kullanılarak üretilen hidrojen miktarını büyük ölçüde artıran bir strateji geliştirmiştir. Bu stratejinin, dünyanın en yüksek performanslı fotoanodu olması düşünülürken yüksek verimliliğini artırmanın yanı sıra, üniversite-sanayi işbirlikleri yoluyla yapay fotosentez ve güneş enerjili su ayırma teknolojilerine de uygulanacaktır.

Kobe Üniversitesi Moleküler Fotobilim Araştırma Merkezi’nden Doçent TACHIKAWA Takashi liderliğindeki bir araştırma grubu, hematit fotokatalistlerini kullanarak güneş ışığından ve sudan üretilen hidrojen miktarını büyük ölçüde artıran bir strateji geliştirmeyi başardı. (* 1)

Hidrojen olası bir yeni nesil enerji çözümü olarak dikkat çekmiştir ve fotokatalizörler kullanılarak güneş ışığından ve sudan üretilebilir. Bunu uygulanabilir kılmak için, katalizörler için yeni malzemeler bulmanın yanı sıra fotokatalizörlerin potansiyelini optimize etmek için temel teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir.

Bu sefer, Tachikawa ve ark. son derece yüksek iletkenliğe sahip bir fotoanodu başarıyla üretti. Bu sadece hematit (* 2) mezokristallerinin (* 3, yaklaşık 5nm’lik küçük nanoparçacıklardan oluşan üst yapılar) şeffaf bir elektrot substratına tavlanmasıyla gerçekleştirildi.

Hematit, çok çeşitli görünür ışığı emebilir, güvenli, kararlı ve ucuzdur. Bu fotoanodla, bir ışık kaynağı tarafından üretilen elektronlar ve delikler hızla ayrıldı ve aynı zamanda parçacıkların yüzeyinde yoğun bir şekilde çok sayıda delik birikti. Gözeneklerin birikmesi su oksidasyon reaksiyonunun verimliliğini arttırdı; suyun yavaş oksidasyonu daha önce su ayrışmasında bir probleme dönüşmüştür.

Ana noktaları:

  • Hematit mezokristallerinin içinde, 10 nanometreden daha küçük, yüksek oryante nanopartiküller biriktirilip çok sayıda oksijen boşluğu (* 4) oluştu.
  • Oksijen boşluklarının varlığı, fotokatalist elektrotun iletkenliğini arttırdı, aynı zamanda ona önemli bir yüzey potansiyeli gradyanı verdi, böylece elektronların ve gözeneklerin ayrılmasını teşvik edildi.
  • Aynı zamanda, partiküllerin yüzeyine büyük miktarda gözenek taşındı ve bu da sudan yüksek oranda oksijen kaynaklanmasına izin verdi. Bu, araştırmacıların hematit anotlar için dünyanın en yüksek güneş enerjili su ayırma performansını elde etmelerini sağladı.
  • Bu strateji, güneş enerjili su bölünmesinden başlayarak çok çeşitli fotokatalizörlere uygulanabilir.

* 1 Fotokatalist: Işık aydınlatmasını içeren reaksiyonlar için katalizör olarak kullanılabilen bir malzeme. Fotokatalist ışığı emen bir substrata uygulanır. Elektrot olarak kullanıldığında, buna bir fotokatalist anot veya fotoanot da denilebilir. Bu çalışmada, su moleküllerini bölerek hidrojen üretmek için reaksiyonda bir fotokatalist kullanılmıştır.

* 2 Hematit: Bir tür demir oksit cevheri. Hematit, güvenli, ucuz ve kararlı (pH> 3) olmasının yanı sıra, çok çeşitli görünür ışığı da emebilir (yaklaşık 600nm’nin altında). Güneş enerjisi dönüşümünün teorik sınırı% 16’dır (13mAcm-2’lik bir foto-akım yoğunluğu).

* 3 Mezokristal: Çok sayıda hizalanmış nanoparçacıklardan oluşan gözenekli kristal üst yapılar. Yüzlerce nanometre veya mikrometre küçük, nanopartiküller arasında 2 ila 50 nanometre aralığında gözeneklere sahipler.

* 4 Oksijen boşluğu: Mezokristal yapının içinde, oksijenin olmadığı boşluklar vardır, bunlara oksijen boşluğu (Vo) denir. Hematitte, bu oksijen boşluklarının oluşturulması elektrik iletkenliğini arttırır, çünkü Fe3 + oksijensizleşir, Fe2 + olur (oksijen molekülleri boşlukları doldurmak için hareket eder).

Yapay fotosentez: Bitkilerin güneş ışığını, suyu ve karbondioksiti karbonhidratlara ve oksijene dönüştüren fotosentezi yapay olarak yeniden oluşturma yöntemi. Yapay fotosentez, diğer faydalı bileşikleri üretmek için de kullanılabilir.

Kobe University. (2020, May 7). Highly efficient hydrogen gas production using sunlight, water and hematite. ScienceDaily. Retrieved May 9, 2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200507130851.htm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir