اخیرا محققان موسسه A*STAR در سنگاپور و همکارانش از فرانسه شرح داده‌اند که نانوساختارهای شامل کره‌های اکسید و فلز ارزان برای واکنش تولید هیدروژنی که فقط از نور خورشید توان می‌گیرد، کاتالیست‌های عالی هستند.
نانومواد دو وجهی تولید هیدروژن را تقویت می‌کنند
اخیرا محققان موسسه A*STAR در سنگاپور و همکارانش از فرانسه شرح داده‌اند که نانوساختارهای شامل کره‌های اکسید و فلز ارزان برای واکنش تولید هیدروژنی که فقط از نور خورشید توان می‌گیرد، کاتالیست عالی هستند.
هیدروژن برای صنعت پالایش نفت و تولید موادشیمیایی ضروری از قبیل آمونیاک استفاده شده در کود‌های شیمیایی، حیاتی است. از آنجائیکه تولید هیدروژن هزینه‌بر است، دانشمندان در پی یافتن روش‌های جایگزین ارزان‌تری برای جداسازی اتم‌های هیدروژن از منابع فراوانی از قبیل آب هستند.
مینگ- یانگ هان از موسسه A*STAR و گروهش نانوکره‌هایی از طلا به قطر ۵۰ نانومتر را در پیش‌رانی از دی‌اکسید تیتانیوم، طوری مخلوط کردند که در کنار هر کدام از نانوذرات طلا، کره‌ای از دی‌اکسید تیتانیوم تشکیل شد. ساختار‌هایی با این ترتیب دو کروی به ذرات جانوس معروف هستند؛ جانوس نام طلای دو سر در یک افسانه رومی است. در حالی که این ذرات جانوس در مخلوطی از آب و ایزوپروپیل الکل بصورت سوسپانسیون معلق بودند؛ این محققان روی آنها نور مرئی را تاباندند و میزان تولید هیدوژن را اندازه‌گیری کردند. آنها متوجه شدند که سرعت تولید هیدروژن حدود ۲ میلی‌لیتر بر دقیقه بود.
این محققان سپس برای نشان دادن اینکه این سرعت تولید به سبب اثرات پلاسمونیک است، از مدل‌های تئوری استفاده کردند: پلاسمونیک الکترون‌های روی سطح نانوذرات طلای در اتصال با دی‌اکسید تیتانیوم است که با نور ورودی جفت شده و ذرات هیبریدی ماده- نور بنام پلاریتون تشکیل می‌دهند. سپس انرژی جذب شده بوسیله این ذرات از داخل مایع پیرامون عبور کرده که باعث انجام واکنش شیمیایی آزادسازی هیدروژن می‌شود.
هان می‌گوید: «کار ما دیدگاهی درباره مکانیزم‌هایی که در آینده برای ساخت فوتوکاتالیست‌های بسیار کارآمد مفید خواهند بود، ارائه می‌کند.» هان و همکارانش حتی قادر به بهبود راندمان تولید هیدروژن بودند: آنها سطح فصل‌مشترک اکسید- فلز را با استفاده از نانوذرات طلای بزرگ‌تری افزایش دادند.این ذرات جانوس در مقایسه با ذرات طلا به تنهایی، بعنوان کاتالیست راندمانی بیش از ۱۰۰ برابر داشتند. آنها همچنین در مقایسه با نوع معمولی دیگر نانوذرات پلاسمونیک، ذرات هسته- پوسته که در آنها ماده اکسید اطراف نانوذره فلز روکشی تشکیل می‌دهد، یک و نیم برابر بهتر هستند.
هان می‌گوید: «ما امیدواریم که در آینده با ترکیب مشاهدات آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌های تئوری از فرآیندهایی که در فصل‌مشترک فلز- دی‌اکسید تیتانیوم اتفاق می‌افتند، درک بهتری پیدا کنیم.»
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله Advanced Materials منتشر کرده‌اند.
