محققان انگلیسی نشان داده‌اند که می‌توان از یک آرایه جاذب نور متشکل از نانوبلورهای معدنی سازگار با محیط زیست به همراه یک الکتروکاتالیزور ارزن تشکیل شده از عناصری که به فراوانی یافت می‌شوند، یک سامانه پایدار و ارزان فتوالکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن ساخت.
تولید هیدروژن ارزان از انرژی خورشیدی
شرکت‌هایی که روی فناوری‌های مبتنی بر تولید انرژی از هیدروژن کار می‌کنند، دوست دارند فناوری‌های سازگار با محیط زیست را توسعه داده و کره زمین را نجات دهند. با وجودی که سوخت هیدروژن یک حامل پاکیزه انرژی بهشمار می‌آید، تولید این سوخت پاکیزه بهطور معمول خود موجب ایجاد آلودگی می‌شود. مشکل این است که شما نمی‌توانید با کندن یک چاه هیدروژن را استخراج کنید، بلکه باید آن را تولید نمایید و این کار با استفاده از منابع مختلفی صورت می‌گیرد. یکی از آلوده‌کننده‌ترین روش‌ها (حداقل تا زمانی که روش‌هایی کارا برای گرفتن و نگهداری کربن توسعه نیافته است)، تبدیل زغال سنگ به گاز است. پاکیزه‌ترین روشی که تاکنون توسعه یافته است، الکترولیز با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر است. در این روش‌ها از فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر همچون فناوری‌های بادی، خورشیدی، زمین‌گرمایی و هیدروترمال برای تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده می‌شود. در این زمینه استفاده از انرژی خورشیدی بسیار نویدبخش بوده و پروژه‌های زیادی روی استفاده از انرژی خورشیدی برای تجزیه آب در تمام دنیا در حال انجام است تا با کاهش هزینه و افزایش طول عمر این فرایند، کارایی آن را افزایش داده و امکان رقابت هیدروژن با سوخت‌های کربنی در مقیاس صنعتی فراهم شود.
تجزیه یک مولکول آب به اکسیژن و پروتون‌های دارای بار مثبت همراه با الکترون‌های دارای بار منفی، ۵/۲ ولت اختلاف پتانسیل نیاز دارد. در حقیقت استخراج این الکترون‌ها و پروتون‌های دارای بار مخالف از مولکول‌های آب است که انرژی الکتریکی تولید می‌کند.
در فتوسنتز طبیعی از کلروفیل برای جذب نور مرئی استفاده می‌شود؛ بسیاری از پیل‌های هیدروژنی نیز با استفاده از مولکول‌های رنگی آلی بهعنوان جاذب‌های نور سعی دارند از این فرایند طبیعی تقلید کنند. این مولکول‌ها انرژی جذب شده را به یک کاتالیزور منتقل کرده و این کاتالیزور پروتون‌ها را به هیدروژن احیا می‌کند.
حال محققان انگلیسی نشان داده‌اند که می‌توان از یک آرایه جاذب نور متشکل از نانوبلورهای معدنی سازگار با محیط زیست به همراه یک الکتروکاتالیزور ارزن تشکیل شده از عناصری که به فراوانی یافت می‌شوند، یک سامانه پایدار و ارزان فتوالکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن ساخت.
توماس نان، استاد شیمی و علوم نانومقیاس دانشگاه East Anglia در انگلیس می‌گوید: «ما یک سامانه محکم و کارا برای تولید فتوالکتروشیمیایی هیدروژن یافته‌ایم. بر خلاف بسیاری از روش‌های مدرن، سامانه ما بر مولکول‌های آلی برانگیخته مبتنی نیست. نقاط کوانتومی، مقطع عرضی جذبی بسیار بزرگ‌تری داشته و در مقابل نور رنگ خود را از دست نمی‌دهند. به همین دلیل سامانه ما کارایی بالایی دارد».
این گروه انگلیسی ابتدا بهصورت لایه به لایه آرایه‌ای از نقاط کوانتومی فسفید ایندیوم دارای پیوند عرضی تولید نموده و سپس الکتروکاتالیزور آهن-گوگرد را درون آن وارد کردند. در زیر این نانوبلورها لایه‌ای از طلا قرار دارد. نان توضیح می‌دهد: «با استفاده از این سیستم توانستیم به بهره فتوالکتروشیمیایی بالاتر از ۶۰ درصد دست یابیم که یک جهش در این زمینه به شمار می‌آید». لازم به ذکر است که ۶۰ درصد بهره نوری نیست، بلکه مقدار الکترون‌های تهییج‌شده در این سامانه است که بهطور واقعی برای احیای هیدروژن استفاده می‌شود.
جزئیات این تحقیق در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.
