به تازگی محققانی از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، روشی ارزان و سازگار با محیط را ابداع کرده‌اند که برای تولید هیدروژنی است که به مصارف سوختی می‌رسد؛ در این روش از آب، انرژی خورشیدی و شکل خاصی از دیودهای نانولولهای که از تمام طیف انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند، بهره گرفته می‌شود. آنها اعلام کرده‌اند که چنین دیودهایی در بازده تبدیلِ نوری &#۱۷۷۶/&#۱۷۷۹&#۱۷۷۶ درصد، یک جریان نوری با شدتِ تقریبی &#۱۷۷۶/&#۱۷۷۸&#۱۷۸۱ میلی‌آمپر در هر سانتی‌متر مربع تولید می‌کنند.
تولید هیدروژن بدون اثرات ضد محیطی کربن
به تازگی محققانی از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، روشی ارزان و سازگار با محیط را ابداع کرده‌اند که برای تولید هیدروژنی است که به مصارف سوختی می‌رسد؛ در این روش از آب، انرژی خورشیدی و شکل خاصی از دیودهای نانولولهای که از تمام طیف انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند، بهره گرفته می‌شود. آنها اعلام کرده‌اند که چنین دیودهایی در بازده تبدیلِ نوری ۰/۳۰ درصد، یک جریان نوری با شدتِ تقریبی ۰/۲۵ میلی‌آمپر در هر سانتی‌متر مربع تولید می‌کنند.
پروفسور کرایگ گریمزکه یک مهندس برق است، در این باره می‌گوید:«سایر محققان نیز روش‌هایی پربازده برای تولید هیدروژن ابداع کرده‌اند؛ اما روش‌های آنها بسیار پرهزینه است». هم‌اکنون، اکثر هیدروژن مورد نیاز، به روش بازسازی بخارِ گاز طبیعی تولید می‌گردد. برای هیدروژنی که به مصارف سوختی می‌رسد، این شیوه دارای دو مشکل است: این روش به‌دلیل مصرف گاز طبیعی به سوخت‌های فسیلی وابسته است و مشکل دوم اینکه یکی از محصولات جانبی این روش دی‌اکسید کربن است که وارد اتمسفر می‌گردد و آلودگی محیطی ایجاد می‌کند.
در این شیوه ابداعی، آب به دو جزء هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌شود و این محصولات به‌صورت مجزا به‌وسیله تیتانیوم و مس جمع‌آوری می‌شوند. تولید هیدروژن از طریق تجزیه آب یک روش قدیمی و شناخته‌شده است؛ اما پیش از این برای چنین فرایندی به الکتریسیته از پیش تولیدشده نیاز بوده‌است، البته یکی دیگر از روش‌های تجزیه‌ای که پیش از این عرضه شد، تجزیه نوری آب با استفاده از نور خورشید است که چنین راهکاری تاکنون تجاری نشده‌است. گریمز و گروهش نیز هیدروژن را به کمک انرژی خورشیدی تولید کرده‌اند؛ اما آنها در روش خود از دو گروه متفاوت از نانولوله‌ها در یک دیود فوتوالکتروشیمیایی ـ‌که در برابر خوردگی‌ِ نوری مقاوم است‌ـ استفاده کرده‌اند.
بخش الکترون‌دهنده(ماده نوعِn ) در دیود فوتوالکتروشیمیایی گریمز، از یک آرایه نانولولهای از جنس دی‌اکسید تیتانیوم و بخش پذیرنده الکترون(ماده نوعِp ) از آرایه‌ای نانولولهای از جنس مخلوطی از یک اکسید مس‌دار و دی‌اکسید تیتانیوم ساخته شده‌است. دی‌اکسید تیتانیوم در محدوده فرابنفشِ طیف نور خورشید، قدرت جذب بسیار بالایی دارد؛ در حالی که بسیاری از مواد نوع p در نور خورشید ناپایدارند و تحت تابش نور فرابنفش آسیب می‌بینند. برای حل این مشکل، محققان مذکور با افزودن آهن به بخش دی‌اکسید تیتانیومی دیود، آن را نسبت به نور مرئی شفاف ساخته، در معرض این نور قرار دادند. در نتیجه با تابش نور خورشید به دیود مذکور، ابتدا نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیومی، پرتو فرابنفشی با طول موج ۳۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر جذب می‌کنند، سپس نور به بخش تیتانیوم مسی رسیده و در این بخش، طول موج‌های مرئی با طول موج ۴۰۰ تا ۸۸۵ نانومتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این دیودهای فوتوالکتروشیمیایی عملکردی مشابه با برگ‌های سبز دارند. آنها انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل، سپس به کمک آن، مولکول‌های آب را تجزیه می‌کنند. بخش دی‌اکسید تیتانیومی دیود، اکسیژن و بخش تیتانیوم مسی آن، هیدروژن تولید می‌کند.
گرچه بازده این فرایند پایین است(۰/۳۰ درصد)؛ اما گریمز خاطرنشان ساخت که این تنها گام اولیه است و می‌توان ابزار مذکور را کارامدتر نمود. وی گفت:«این ابزارها ارزانند و به‌دلیل برخورداری از پایداری نوری، سال‌ها عمر می‌کنند. من معتقدم که بازده ۵ تا ۱۰ درصد برای این ابزارها معقول است».
نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده‌است.
