طبق آمار بهدست آمده مقدار دی اکسید کربن موجود در اتمسفر به بالاترین سطح خود طی سه میلیون سال گذشته رسیده است، بنابراین باید راهی برای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر پیدا کرد. اخیرا محققان آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی موفق به ارائه نانوسیستم متجمعی شدند که قادر به انجام فتوسنتز مصنوعی است. مدتهاست که کلمه برگ مصنوعی رایج شده است محققان نتایج این یافته را جنگل مصنوعی نامگذاری کردند.
انجام فتوسنتز مصنوعی با استفاده از نانوسیمها
طبق آمار بهدست آمده مقدار دی اکسید کربن موجود در اتمسفر به بالاترین سطح خود طی سه میلیون سال گذشته رسیده است، بنابراین باید راهی برای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر پیدا کرد. اخیرا محققان آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی موفق به ارائه نانوسیستم متجمعی شدند که قادر به انجام فتوسنتز مصنوعی است. مدتهاست که کلمه برگ مصنوعی رایج شده است محققان نتایج این یافته را جنگل مصنوعی نامگذاری کردند.
پدونگ یانگ از محققان این پروژه میگوید همان طورکه کلروفیل ماده سبزی است که فتوسنتز را انجام میدهد در این سیستم جدید نیز از دو نیمههادی برای جذب نور استفاده شده است که نور را دریافت کرده و با استفاده از آن آب را تجزیه میکند. برای جدا کردن مولکولهای آب ما یک نانوسیم تولید کردیم که در ساختار آن از اکسید تیتانیوم و سیلیکون استفاده شده است. این سیستم شباهت زیادی به جنگل مصنوعی دارد.
نتایج این پژوهش در قالب مقالهای تحت عنوان A Fully Integrated Nanosystem of Semiconductor Nanowires for Direct Solar Water Splitting در نشریه NANO Letters به چاپ رسیده است.
فناوریهای خورشیدی برای حل معضل انرژی بسیار ایدهآل هستند. در این بین، فتوسنتز مصنوعی که در آن از نور خورشید برای تبدیل آب به سوخت شیمیایی استفاده میشود بسیار مورد توجه محققان است. چالشی که در این مسیر وجود دارد این است که بتوان هیدروژن را ارزان تولید کرد تا جایگزین سوختهای فسیلی شود.
در این سیستم تابش نور موجب تشکیل جفتهای الکترون-حفره میشود که این کار توسط اکسید تیتانیوم و سیلیکون انجام میشود. الکترون تولید شده موجب احیاء پروتون و تشکیل هیدروژن میشود و حفره بوجود آمده نیز موجب آزاد شدن گاز اکسیژن میگردد. این سیستم قادر است در اثر تابش نور خورشید ۰٫۱۲ درصد نور دریافتی را به سوخت تبدیل کند، البته این نرخ در مقابل فتوسنتز طبیعی رقم پایینی است و باید با بهبود سیستم صورت گیرد. طراحی این سیستم به نحوی است که میتوان عملکرد آن را بهبود داد برای مثال یانگ میگوید جریان تولید شده در کاتد سیلیکونی و آند اکسید تیتانیومی با یکدیگر همخوانی ندارند بنابراین محدودتی در جریان خروجی سیستم وجود داشته و عملکرد سیستم را دچار محدودیت میکند.
یانگ میگوید ما چند ایده طلایی برای توسعه این سیستم داریم تا عملکرد آن را بهبود دهیم. ما مطمئن هستیم که میتوان آند اکسید تیتانیوم را به مادهای دیگر جایگزین کرد و با این کار کارایی سیستم را تک رقمی کنیم.
