نانو تکنولوژی

شرکت‌هايي که روي فناوري‌هاي مبتني بر توليد انرژي از هيدروژن کار مي‌کنند، دوست دارند فناوري‌هاي سازگار با محيط زيست را توسعه داده و کره زمين را نجات دهند. با وجودي که سوخت هيدروژن يک حامل پاکيزه انرژي بهشمار مي‌آيد، توليد اين سوخت پاکيزه بهطور معمول خود موجب ايجاد آلودگي مي‌شود. مشکل اين است که شما نمي‌توانيد با کندن يک چاه هيدروژن را استخراج کنيد، بلکه بايد آن را توليد نماييد و اين کار با استفاده از منابع مختلفي صورت مي‌گيرد. يکي از آلوده‌کننده‌ترين روش‌ها (حداقل تا زماني که روش‌هايي کارا براي گرفتن و نگهداري کربن توسعه نيافته است)، تبديل زغال سنگ به گاز است. پاکيزه‌ترين روشي که تاکنون توسعه يافته است، الکتروليز با استفاده از منابع انرژي تجديدپذير است. در اين روش‌ها از فناوري‌هاي انرژي تجديدپذير همچون فناوري‌هاي بادي، خورشيدي، زمين‌گرمايي و هيدروترمال براي تجزيه آب به اکسيژن و هيدروژن استفاده مي‌شود. در اين زمينه استفاده از انرژي خورشيدي بسيار نويدبخش بوده و پروژه‌هاي زيادي روي استفاده از انرژي خورشيدي براي تجزيه آب در تمام دنيا در حال انجام است تا با کاهش هزينه و افزايش طول عمر اين فرايند، کارايي آن را افزايش داده و امکان رقابت هيدروژن با سوخت‌هاي کربني در مقياس صنعتي فراهم شود.

تجزيه يک مولکول آب به اکسيژن و پروتون‌هاي داراي بار مثبت همراه با الکترون‌هاي داراي بار منفي، 5/2 ولت اختلاف پتانسيل نياز دارد. در حقيقت استخراج اين الکترون‌ها و پروتون‌هاي داراي بار مخالف از مولکول‌هاي آب است که انرژي الکتريکي توليد مي‌کند.

در فتوسنتز طبيعي از کلروفيل براي جذب نور مرئي استفاده مي‌شود؛ بسياري از پيل‌هاي هيدروژني نيز با استفاده از مولکول‌هاي رنگي آلي بهعنوان جاذب‌هاي نور سعي دارند از اين فرايند طبيعي تقليد کنند. اين مولکول‌ها انرژي جذب شده را به يک کاتاليزور منتقل کرده و اين کاتاليزور پروتون‌ها را به هيدروژن احيا مي‌کند.

حال محققان انگليسي نشان داده‌اند که مي‌توان از يک آرايه جاذب نور متشکل از نانوبلورهاي معدني سازگار با محيط زيست به همراه يک الکتروکاتاليزور ارزن تشکيل شده از عناصري که به فراواني يافت مي‌شوند، يک سامانه پايدار و ارزان فتوالکتروشيميايي براي توليد هيدروژن ساخت.

توماس نان، استاد شيمي و علوم نانومقياس دانشگاه East Anglia در انگليس مي‌گويد: «ما يک سامانه محکم و کارا براي توليد فتوالکتروشيميايي هيدروژن يافته‌ايم. بر خلاف بسياري از روش‌هاي مدرن، سامانه ما بر مولکول‌هاي آلي برانگيخته مبتني نيست. نقاط کوانتومي، مقطع عرضي جذبي بسيار بزرگ‌تري داشته و در مقابل نور رنگ خود را از دست نمي‌دهند. به همين دليل سامانه ما کارايي بالايي دارد».

اين گروه انگليسي ابتدا بهصورت لايه به لايه آرايه‌اي از نقاط کوانتومي فسفيد اينديوم داراي پيوند عرضي توليد نموده و سپس الکتروکاتاليزور آهن-گوگرد را درون آن وارد کردند. در زير اين نانوبلورها لايه‌اي از طلا قرار دارد. نان توضيح مي‌دهد: «با استفاده از اين سيستم توانستيم به بهره فتوالکتروشيميايي بالاتر از 60 درصد دست يابيم که يک جهش در اين زمينه به شمار مي‌آيد». لازم به ذکر است که 60 درصد بهره نوري نيست، بلکه مقدار الکترون‌هاي تهييج‌شده در اين سامانه است که بهطور واقعي براي احياي هيدروژن استفاده مي‌شود.

جزئيات اين تحقيق در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.