ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

کاتالیست مبتنی بر نانومیله برای شکافت آب و تولید هیدروژن

محققان آلمانی با استفاده از نانومیله‌ها، کاتالیستی ارائه کردند که می‌تواند آب را شکسته و هیدروژن تولید کند. این فناوری برای تولید انرژی تجدیدپذیر از آب قابل استفاده است.

در طول فرآیند فتوسنتز در گیاهان، مولکول آب شکسته شده و یون‌های هیدروژن و اکسیژن تولید می‌شود. محققان روشی ارائه کردند که می‌تواند این فرآیند در طبیعت را تقلید کند، آنها با این کار ابزاری ارائه کردند که می‌تواند از آب سوخت هیدروژنی تولید کند.

یکی از مشکلات و چالش‌های موجود در این مسیر، ارائه روشی برای جدا کردن الکترون و حفره است. درصورت فقدان چنین روشی، بعد از شکافت آب، هیدروژن و اکسیژن با هم واکنش داده و دوباره آب تولید می‌شود.

برای حل این مشکل، جک استولارچک از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیانس در مونیخ به همراه فرانک ورتنر از دانشگاه ورتزبورک از نانومیله‌ها استفاده کردند. آنها در این پروژه یک کاتالیست اکسیدکننده را با ذرات پلاتین ترکیب کرده و نانوساختار نیمه‌هادی جدیدی به شکل میله ارائه کردند.

این گروه تحقیقاتی در این پروژه از راهبردی که در حال حاضر برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود، استفاده کردند اما به این سامانه نانومیله‌های ابداعی خود را اضافه کردند. زمانی که نانومیله سولفید کادمیم در آب قرار می‌گیرد، نور را جذب می‌کند و الکترون ایجاد می‌شود. در ادامه یون هیدروژن به شکل مولکول H2 در می‌آید. بدون یک کاتالیست اکسیدکننده، این فرآیند تجدیدپذیر اتفاق نمی‌افتد چرا که حفره‌های باقی ‌مانده موجب اکسید شدن شبکه سولفور نانومیله می‌شود.

نانومیله سولفید کادمیم با ذرات پلاتین تزیین شده‌است، ذراتی که نقش کاتالیست اکسیداسیون را ایفا می‌کند. نانومیله نور را جذب کرده و الکترون تثبیت می‌شود، کاتالیزور اکسیداسیون حفره را آزاد می‌کند و این حفره در طول نانومیله حرکت می‌کند. هر ذره پلاتین که در دو انتهای نانومیله قرار دارد نقش سینک الکترون را ایفا می‌کند. نیم‌‌واکنش اکسیداسیون موجب زدایش الکترون از پیش‌ماده OH- شده تا مولکول اکسیژن تولید شود. در نیم‌واکنش احیاء، الکترون برای ایجاد پیوند کووالانسی هیدروژن مصرف شده و در نهایت H2 به دست می‌آید.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nat.Energy به چاپ رسیده است.