محققان در دانشگاه ويسکونسين- ماديسون شرح داده‌اند که چگونه مي‌توان با کمک نانومواد پيزوالکتريک، انرژي‌هاي نوساني کوچک اتلافي توليدشده در محيط از نويز‌ها، توان باد، حرکت آب يا موج آب، را جمع‌آوري کرد و از آنها به‌عنوان نيروي محرکه براي تجزيه مستقيم آب و توليد هيدروژن استفاده کرد.

هيوفانگ ‌زو، يکي از اين محققان گفت: ما يک مکانيزم پيزو‌الکتروشيميايي جديد براي تبديل مستقيم انرژي مکانيکي به انرژي شيميايي و استفاده از آن براي تجزيه آب به هيدروژن و اکسيژن، توسعه داده‌ايم. ما توضيح داده‌ايم که چگونه مي‌توان نانوبلورهايي از دو نوع بلور معمولي، اکسيد روي و تيتانات باريوم، رشد داد و آنها را در آب قرار داد. موقعي که با نوسان‌هاي مافوق صوت به آب ضربه وارد شود، اين نانوالياف خم‌شده و يک واکنش شيميايي را براي تجزيه مولکول‌هاي آب به هيدروژن و اکسيژن، کاتاليز مي‌کنند.

او اضافه مي‌کند: اين پديده که به اثر پيزوالکتريک معروف است، در بلورهاي معيني براي يک قرن است که شناخته شده است و نيروي محرکه‌اي براي ساعت‌هاي کوارتز و ديگر کاربردها مي‌باشد. اگرچه در حالي که اين مواد در حالت توده‌اي شکننده هستند، در مقياس نانو انعطاف‌پذير هستند.

 
 
کاتالیز واکنش اکسایش- احیای مولکول‌های آب توسط نانوالیاف پیزوالکتریک، تحت شرایط نوسان‌های مافوق‌صوت.
 
زو و همکارانش، اثر پيزو الکتروشيميايي نانوالياف خود را با قرار دادن آنها در آب و اعمال نوسان‌هاي مافوق صوت به آنها، شرح دادند. اين نانوالياف تحت اين نوسانات، واکنش تجزيه آب را کاتاليز مي‌کنند. زو توضيح مي‌دهد: فيزيک و شيمي توليد گازهاي هيدروژن و اکسيژن از آب خالص از ترکيب خواص پيزو‌الکتريک اين نانوالياف و واکنش اکسايش- احياي ( Redox آب ناشي مي‌شود. خاصيت پيزوالکتريکي هرکدام از مواد از تقارن وارونه‌سازي در ساختارهاي بلوري‌شان نشأت مي‌گيرد. هر تغيير شکل يا عامل کششي روي اين مواد سبب يک مومنت دوقطبي غيرصفر در شبکه بلورشان مي‌شود. بنابراين، يک پتانسيل الکتريکي القاء‌شده بوسيله کشش (يا تغيير شکل) روي سطح اين مواد ايجاد مي‌شود.

پتانسيل الکتريکي که در نتيجه نوسانات مافوق‌صوت روي سطح اين نانوالياف توليد مي‌شود، در شرايط مرطوب بواسطه انتقال بار الکتريکي به مولکول‌هاي آب جذب‌شده روي سطح، مي‌تواند واکنش اکسايش و احياء مولکول‌هاي آب را کاتاليز کند. اگرچه زو اشاره مي‌کند که اين پتانسيل الکتريکي براي اينکه بتواند در چنين شرايطي الکترون هاي قابل دسترسي براي شروع واکنش اکسايش- احياء توليد کند، بايد بزرگ‌تر از پتانسيل استاندارد اکسايش- احياء آب( 1/23 ev) باشد.

نتايج اين تحقيق در مجله‌ي Journal of Physical Chemistry Letters منتشر شده است.

http://www.nano.ir/newstext.php?Code=7338