ابداع راهکاری جدید برای تولید هیدروژن

گروهی از محققان آمریکایی شبکه‌ای از سیم‌های بسیار کوچک را که Nanonets نامیده می‌شود، با اکسید آهن روکش‌دهی کرده و یک سامانه ارزان و کارا برای تجزیه آب تولید کرده‌اند.

گروهی از محققان دانشگاه بوستون شبکه‌ای از
سیم‌های بسیار کوچک را که Nanonets نامیده می‌شود، با اکسید آهن روکش‌دهی
کرده و یک سامانه ارزان و کارا برای تجزیه آب تولید کرده‌اند. هیدروژن یک
سوخت بسیار تمیز محسوب می‌شود که می‌توان آن را از طریق تجزیه آب تولید کرد.

دونوی وانگ، استادیار شیمی دانشگاه بوستون و آزمایشگاه انرژی‌های تمیز وی
پیشگام تولید Nanonets در سال ۲۰۰۸ بودند. از آن زمان تاکنون وی و همکارانش
نشان داده‌اند که از این نانوساختارها می‌توان به‌عنوان بستری برای
کاربردهای مختلف حوزه انرژی بهره برد. دلیل این امر مساحت سطحی بالای
Nanonets و رسانایی زیاد این شبکه‌های نانومقیاس است که از دی‌سیلیسید
تیتانیوم (یک نیمه‌رسانای معروف) ساخته می‌شوند.
 

این گروه از پژوهشگران Nanonets را با
هماتیت که فراوان‌ترین شکل اکسید آهن طبیعی محسوب می‌شود، روکش داده و نشان
دادند که این ماده معدنی می‌تواند بدون نیاز به هزینه اضافی استفاده از
کاتالیزور اکسیژن، نور را به‌خوبی جذب کند. وانگ می‌گوید این شبکه
نانوساختار که از سیم‌هایی به قطر یک چهارصدم موی انسان ساخته شده‌اند، دو
نقش ایفا می‌کنند. این شبکه هم به‌عنوان پایه‌ای برای اکسید آهن عمل کرده و
هم به‌دلیل رسانایی بالا، نقش جمع‌کننده جریان را بازی می‌کند. بدین ترتیب
بیشترین بهره تبدیل فوتون به بار الکتریکی حاصل می‌شود.

هماتیت به دلیل رسانایی الکتریکی ضعیف به تنهایی محدودیت‌هایی دارد. یک
فوتون می‌تواند توسط این ماده جذب شود، اما بعد از آن بار تولید شده نمی‌تواند
منتقل شود. وانگ می‌گوید با روکش‌دهی هماتیت روی این نانوشبکه ، توانایی
انتقال بار آن افزایش می‌یابد. می‌توان با عبور دادن جریان الکتریکی از
درون آب، آن را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کرد. اما این فرایند گران است و
برای اینکه از نظر اقتصادی مقرون به‌صرفه باشد، باید بهره تبدیل این واکنش
شیمیایی و رسانایی موادی که برای این کار استفاده می‌شوند، افزایش یابد.

وانگ می‌گوید: «نتایج به دست آمده از این کار اهمیت انتقال بار در تجزیه آب
با استفاده از نیمه‌رساناها را نشان می‌دهد. این امر به خصوص در مورد موادی
که کارایی آنها توسط انتقال ضعیف بار محدود می‌شود، مهم است. ما با این
طراحی یک مسیر اختصاصی برای انتقال بار فراهم نموده و در نتیجه وابستگی این
موضوع به ویژگی ذاتی خود ماده را کاهش داده‌ایم. بدین ترتیب می‌توان از
مواد مختلفی که به‌دلیل رسانایی پایین امکان استفاده از آنها در حوزه
کاربردهای انرژی وجود نداشت، در این طراحی جدید بهره برد.

جزئیات این کار در مجله Journal of the American Chemical Society منتشر
شده است.