پژوهشگران چند مرکز تحقیقاتی، با همکاری یکدیگر اقدام به دستکاری نانومواد در سطح اتمی کرده و در نهایت کاتالیزور جدیدی برای شکستن مولکول‌های آب با کمک نور خورشید ارائه کردند. نتایج این پروژه می‌تواند مسیر تولید انرژی پاک را تسهیل کند.
پژوهشی که توسعه انرژی پاک را تسهیل می‌کند
براساس تخمین‌های انجام شده، میزان انرژی خورشیدی که در یک سال به سطح زمین می‌رسد بیشتر از کل انرژی است که می‌توانیم با استفاده از منابع تجدیدناپذیر تولید کنیم. در این بین فناوری لازم برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به سرعت توسعه یافته است، اما ناکارآمدی در ذخیره و توزیع انرژی همچنان مشکلی مهم بوده و باعث می‌شود استفاده از انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ غیرعملی باشد.
دستاوردهای پژوهشگران کالج UVA و دانشکده تحصیلات تکمیلی هنر و علوم، موسسه فناوری کالیفرنیا و آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و آزمایشگاه ملی بروخاون می‌تواند یکی از موانع اساسی را از این مسیر حذف کند، دستاوردی که نمایانگر گامی بزرگ به‌سوی آینده‌ای با انرژی پاک است.
یکی از روش‌های مهار انرژی خورشیدی استفاده از نور خورشید برای تجزیه مولکول‌های آب به اکسیژن و هیدروژن است. هیدروژن تولید شده با این فرآیند به‌صورت سوخت ذخیره می‌شود و می‌توان آن را از جایی به جای دیگر منتقل کرد و درصورت تقاضا برای تولید انرژی، استفاده شود. برای تقسیم مولکول‌های آب به اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها، کاتالیزور لازم است، این در حالی است که کاتالیست‌های فعلی که در این فرآیند استفاده می‌شود، چندان کارآمد نیستند.
پژوهشگران دانشگاه ویرجینیا به سرپرستی سن ژانگ و برنت گونئو کاتالیست جدیدی ساختند که در آن از کبالت و تیتانیوم استفاده شده است.
مزیت عناصر تشکیل‌دهنده این کاتالیست آن است که نسبت به مواد تشکیل‌دهنده کاتالیست‌های رایج، فراوان‌تر و در دسترس‌تر است. در کاتالیست‌های فعلی از فلزات گرانبهایی نظیر ایریدیم یا روتنیم استفاده می‌شود.
ژانگ می‌گوید: «در این فرآیند جدید، سایت‌های کاتالیزوری فعال در سطح اتمی روی نانوبلورهای اکسید تیتانیوم ایجاد می‌شود، که در نهایت یک کاتالیست با دوام تولید می‌شود.»
به گفته گونو این نوآوری، راهبردی جدید برای بهبود مواد کاتالیزوری است که با تلفیق سنتز مواد پیشرفته، تعیین مشخصات در سطح اتمی و نظریه مکانیک کوانتوم به‌دست آمده است.
این گروه تحقیقاتی با پشتیبانی آزمایشگاه ملی آرگون و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین امکانات اقدام به انجام این پروژه کردند.
هو ژو از محققان این پروژه می‌گوید: «در این پروژه از تابش اشعه ایکس منبع پیشرفته فوتون و منبع نور پیشرفته استفاده کردیم.»
هر دو منبع فوتون پیشرفته و منبع نور پیشرفته مورد استفاده در این پروژه به ترتیب در آزمایشگاه ملی آروگونه و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی قرار دارند.
علاوه‌بر این، محققان موسسه فناوری کالیفرنیا، با استفاده از روش‌های مکانیک کوانتومی که اخیراً توسعه یافته، توانستند میزان تولید اکسیژن ناشی از عملکرد این کاتالیزور را به‌طور دقیق پیش‌بینی کنند، این امر درک دقیق ساز و کار شیمیایی این فرآیند را در اختیار محققان قرار داد.
