افزایش بازده واکنش شکافت آب با فتوکاتالیست اصلاح شده با رنگ
به گزارش بی بی سرور، یک فتوکاتالیست حساس به رنگدانه توسط محققان ژاپنی ساخته شده است که کارآمدترین فعالیت تقسیم آب خورشیدی برای کاتالیزورهای مشابه را ثبت کرده است. این کاتالیست نانو ورقه ای اصلاح شده و حساس به رنگدانه می تواند مشکل انتقال نامطلوب الکترون را رفع کند و فعالیت تقسیم آب را صدها برابر بهبود بخشد.
به گزارش بی بی سرور به نقل از ایسنا، یکی از ساده ترین راه هایی که میتوان مولکول های آب را به هیدروژن تقسیم کرد، استفاده از فتوکاتالیست ها است. فتوکاتالیست ها، نیمه هادی هایی هستند که می توانند نور را جذب کرده و واکنش های شکافت آب را به صورت همزمان انجام دهند؛ ازاین رو یک راه ساده برای تولید انبوه هیدروژن عرضه می کنند. نیمه هادی ها می توانند یک جفت الکترون-حفره برای واکنش شکافت آب تولید کنند. با این وجود، از آنجاییکه حامل های بار، تمایل به ترکیب مجدد دارند، یک سیستم فتوکاتالیستی Z-scheme شامل دو ماده نیمه رسانا و یک واسطه الکترونی برای پیشگیری از این پدیده بوجود آمده است.
در مواد Z-scheme، واسطه الکترونی که معمولا یک جفت گیرنده/دهنده الکترون برگشت پذیر (مانند I۳–/I– ) است، الکترون ها را از یکی از فتوکاتالیست ها می پذیرد و به دیگری اهدا می کند. این پدیده حامل های بار را بین نیمه هادی ها مجزا می کنند و احتمال بازترکیب الکترون را کم می کنند. باوجود کاهش بازترکیب بار در نیمه هادی ها، گونه های پذیرنده الکترون (I3-) با فتوکاتالیست هیدروژن برای الکترون ها رقابت می کند و در نتیجه بازده تبدیل انرژی خورشید به هیدروژن کاسته می شود.
برای افزایش بازده تولید هیدروژن، تیمی از محققان بین المللی همچون استادیار شونتا نیشیکا و پروفسور کازوهیکو مائدا از مؤسسه فناوری توکیو (Tokyo Tech) روی راه هایی برای پیشگیری از انتقال ناخواسته الکترون کار می کنند.
در آزمایش با فتوکاتالیست های نیوبات حساس شده به رنگ روتنیوم (Ru) با فرمول شیمیایی Ru/Pt/HCa2Nb3O10، محققان متوجه شدند که تولید هیدروژن در غلظت های پایین I3– به صورت قابل توجهی افزایش خواهد یافت. این یافته ها آنها را به ایجاد یک سیستم شکافت آب کارآمد هدایت کرد که متشکل از یک فتوکاتالیست تولید اکسیژن و یک نانو ورق نیوبات حساس شده با رنگدانه Ru اصلاح شده است که بعنوان یک فتوکاتالیست تولید هیدروژن با بازده بالاتر عمل می کند.
پروفسور مائدا می گوید: ما با استفاده از یک فتوکاتالیست نانو ورق حساس شده با رنگ اصلاح شده، کارآمدی سیستم شکافت آب را با موفقیت بهبود بخشیده ایم.
برای پایین نگه داشتن غلظت I3– در سیستم واکنش، یک فتوکاتالیست PtOx/H-Cs-WO3 بعنوان کاتالیزور تولید اکسیژن استفاده می شود. در همان زمان، Al2O3 و پلی استایرن سولفونات (PSS) برای سرکوب انتقال نامطلوب الکترون از نیمه هادی به کمپلکس Ru اکسید شده و یون I3– اضافه می شود.
این طراحی، الکترون های بیشتری را قادر می سازد تا در واکنش تولید هیدروژن شرکت نمایند که در نتیجه کارآمدترین سیستم شکافت آب از نوع Z-scheme تا به امروز است.
پروفسور مائدا می گوید: اصلاح سطح فتوکاتالیست نانو ورق حساس شده با رنگدانه، فعالیت شکافت آب خورشیدی را در مقایسه با سیستم های فتوکاتالیست مبتنی بر نیمه هادی معمولی نزدیک به ۱۰۰ برابر بهبود بخشیده است.
با مهار انتقال نامطلوب الکترون، فتوکاتالیست توسعه یافته می تواند تولید هیدروژن را در شدت نور کم حفظ کند و در مقایسه با سایر فتوکاتالیست هایی که بشدت نور بالا نیاز دارند، برتری می دهد.
منبع: بی بی سرور
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب