افزایش بازده واکنش شکافت آب با فتوکاتالیست اصلاح شده با رنگ
انجمن پارسیان: یک فتوکاتالیست حساس به رنگدانه توسط پژوهشگران ژاپنی تولید 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 انجمن پارسیان به نقل از ایسنا، یکی از ساده ترین راه هایی که می توان 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 بطور همزمان انجام دهند؛ بدین جهت یک راه ساده برای تولید انبوه هیدروژن ارائه می کنند. نیمه هادی ها می توانند یک جفت الکترون-حفره برای واکنش شکافت آب تولید کنند. با این وجود، از آنجا که حامل های بار، تمایل به ترکیب مجدد دارند، یک سیستم فتوکاتالیستی Z-scheme شامل دو ماده نیمه رسانا و یک واسطه الکترونی برای جلوگیری از این پدیده به وجود آمده است.
در مواد Z-scheme، واسطه الکترونی که به طور معمول 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 کاهش پیدا می کند.
برای افزایش بازده تولید هیدروژن، تیمی از پژوهشگران بین المللی همچون استادیار شونتا نیشیکا و پروفسور کازوهیکو مائدا از مؤسسه فناوری توکیو (Tokyo Tech) روی راه هایی برای جلوگیری 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، پژوهشگران متوجه شدند که تولید هیدروژن در غلظت های پایین I3– بطور قابل توجهی بیشتر می شود. 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 به عنوان یک فتوکاتالیست تولید هیدروژن با بازده بالاتر عمل می کند.
پروفسور مائدا می گوید: ما با بهره گیری از یک فتوکاتالیست نانو ورق حساس شده با رنگ اصلاح شده، کارآیی سیستم شکافت آب را با موفقیت بهبود بخشیده ایم.
برای پایین نگه داشتن غلظت I3– در سیستم واکنش، یک فتوکاتالیست PtOx/H-Cs-WO3 به عنوان 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 به شدت نور بالا نیاز دارند، برتری می دهد.
منبع: parsianforum.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب