تولید هیدروژن از آب با تیتانیای نانوساختار

تولید هیدروژن از تجزیه نوری آب با استفاده از الکترولیز الکتروشیمیایی نوری، مستقیم‌ترین روش برای تولید هیدروژن با کمک نور خورشید است. تیتانیای نانولوله‌ای یکی از نویدبخش‌ترین ماده آند نوری برای تجزیه آب با استفاده از پرتوهای خورشیدی، است. اکنون محققان دانشگاه آرکانزاس و دانشگاه نودا، برای افزایش راندمان تبدیل الکتروشیمیایی نوری آندهای نوری تیتانیای نانوساختار، یک فرآیند مبتنی بر اصلاح سطحی پلاسمایی توسعه داده‌اند.

تولید هیدروژن از تجزیه نوری آب با استفاده از الکترولیز الکتروشیمیایی نوری،
مستقیم‌ترین روش برای تولید هیدروژن با کمک نور خورشید است. تیتانیای نانولوله‌ای
یکی از نویدبخش‌ترین ماده آند نوری برای تجزیه آب با استفاده از پرتوهای
خورشیدی، است. اکنون محققان دانشگاه آرکانزاس و دانشگاه نودا، برای افزایش
راندمان تبدیل الکتروشیمیایی نوری آندهای نوری تیتانیای نانوساختار، یک فرآیند
مبتنی بر اصلاح سطحی پلاسمایی توسعه داده‌اند.

ابتدا آندهای نوری تیتانیایی با ساختارهای نانولوله‌ای با استفاده از
آندیزاسیون الکتروشیمیایی ورقه‌های نازک تیتانیوم تولید شدند. سپس سطوح این
آندهای نوری با پلاسمای نیتروژن کم‌فشار اصلاح شد. این محققان متوجه شدند که
اصلاح پلاسمایی فعالیت الکتروشیمیایی نوری این نمونه‌ها را به شدت افزایش می‌دهد.
چگالی جریان نوری مواد اصلاح‌شده با پلاسما تقریباً۸۰ درصد بیشتر از الکترودهای
اصلاح‌نشده، بود.

این اصلاح پلاسمایی آلودگی‌های سطحی را حذف کرده، تله‌های حامل بار را حداقل
کرده و دوپ‌کننده نوع n سطح این آند نوری را با نیتروژن فراهم می‌کند. این
افزایش فعالیت نوری به اصلاح سطحی بوسیله عملیات پلاسمایی و افزایش جذب نور
مرئی بواسطه دوپ‌کننده نیتروژنی سطح این آند نوری (باریک کردن باندگپ) ، نسبت
داده می‌شود. عملیات پلاسمایی همچنین زبری سطح و قابلیت ترشوندگی را افزایش
داده و در نتیجه سطح تماس فصل مشترک الکترود/الکترولیت را برای الکترولیز بزرگ‌تر
می‌کند.

این محققان با توجه به نتایج‌شان، اعتقاد دارند که ترکیب هم‌افزایی
نانوساختارکردن آندهای نوری و اصلاح سطحی آنها می‌تواند تولید الکتروشیمیایی
هیدروژن را با استفاده از نور خورشید و الکترودهای نیمه‌هادی پایدار از نظر
نوری افزایش دهد.

این محققان نتایج خود را تحت عنوان “افزایش راندمان الکتروشیمیایی نوری آندهای
نوری TiO2 نانولوله‌ای با استفاده از اصلاح سطحی به کمک پلاسمای نیتروژن” در
مجله Nanotechnology منتشر کرده‌اند.