محققان ایرانی و سنگاپوری دانشگاه ملی سنگاپور و پژوهشگاه نیروی جمهوری اسلامی ایران طی انجام یک طرح آزمایشگاهی موفق به بهینه‌سازی عملکرد سامانه تولید خورشیدی گاز هیدروژن شدند.
افزایش بازدهی تولید خورشیدی گاز هیدروژن به کمک نانوذرات
تقاضای جهانی برای انرژی به‌سرعت در حال رشد است. ازاین‌رو، دست‌یابی به انرژی‌های پاک، تجدید پذیر و مقرون‌به‌صرفه از اساسی‌ترین نیازهای کنونی بشر به شمار می‌آید. در این راستا، پیشرفت‌های قابل‌توجهی در حوزه تولید یک انرژی پاک با کمترین میزان انتشار کربن صورت گرفته است. انرژی خورشیدی به‌عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر این قابلیت را دارد که به منبع اصلی تأمین انرژی ساکنان کره زمین در آینده‌ای نزدیک تبدیل شود.
دکتر روزبه سیاوش مؤخر، هدف از انجام این پژوهش را افزایش بازدهی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته برای تبدیل آب به هیدروژن عنوان کرد و افزود: «برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته‌ای که بتوان به کمک آن از آب هیدروژن گرفت، به یک فتوکاتد نیاز است. هدف ما در این پژوهش بهبود عملکرد این فتوکاتد با اعمال یک پوشش نانوساختار سطحی بوده است.»
به گفته این محقق، با اعمال پوشش سطحی بر روی سطح فتوکاتد، جریان الکتریکی بالاتری تولید شده و تجزیه آب با راندمان بالاتری انجام می‌شود که حاصل آن افزایش حجم هیدروژن تولید شده است.
سیاوش مؤخر با اشاره به تحقیقات صورت گرفته افزود: «در این طرح از یک لایه اکسید مس به‌عنوان ماده نیمه‌رسانای مبدل نور به جریان الکتریسیته استفاده شده است. از سوی دیگر، یکی از مشکلات اکسید مس، عدم پایداری طولانی‌مدت این ماده است. یکی از روش‌های افزایش پایداری اکسید مس، افزایش درصد اتمی اکسیژن در آن است. این موضوع علاوه بر اینکه پایداری لایه اکسید مس را افزایش می‌دهد، موجب بهبود جریان نوری نیز می‌گردد. در طرح حاضر به‌منظور افزایش هرچه بیشتر راندمان جریان تولید شده از نور خورشید، از پوششی از نانوذرات دوتایی طلا-پالادیم بر روی زیرلایه اکسید مس غنی از اکسیژن استفاده شده است.»
برای اعمال پوشش از روش کند و پاش استفاده شده است. ابتدا لایه‌ای از اکسید مس در محیط آرگون بر روی زیرلایه‌ای از شیشه نشانده شده است. سپس از یک هدف متشکل از طلا و پالادیم با نسبت ۶۰ به ۴۰ برای لایه دوم پوشش استفاده شد. پس از اعمال پوشش، به‌منظور مشخصه و ارزیابی عملکرد پوشش از روش‌هایی مانند XPS، RAMAN، XRD، AFM و همچنین ولتامتری خطی استفاده شده است.
نتایج به‌دست‌آمده حاکی از آن است که اعمال نانوذرات دوتایی طلا-پالادیم بر روی سطح اکسید مس غنی از اکسیژن، افزایش ۲۵ درصدی جریان تولیدی و درنتیجه حجم هیدروژن تولیدی را در پی داشته است.
این طرح با همکاری دکتر روزبه سیاوش مؤخر – محقق پژوهشگاه نیرو و دانش‌آموخته مقطع دکترای دانشگاه صنعتی شریف- و سعید مسعودی پناه- محقق پسادکترای انستیتو مهندسی و پژوهش مواد سنگاپور، دانشگاه ملی سنگاپور و دانشگاه فناوری ماساچوست (MIT) آمریکا– انجام شده است. محققان سنگاپوری نیز در این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این پژوهش در مجله ACS Applied Materials & Interfaces با ضریب تأثیر ۷.۵۰۴ (جلد ۹، شماره ۳۳، سال ۲۰۱۷، صفحات ۲۷۵۹۶ تا ۲۷۶۰۶) منتشر شده است.
