ساخت پیل خورشیدی با امکان تجزیه مولکول‌های آب

پژوهشگران با استفاده از نانوذرات موفق به طراحی و ساخت ابزاری شدند که نور خورشید را برای تجزیه آب و تولید اکسیژن و هیدروژن مورد استفاده قرار می دهد. این ابزار نوعی پیل خورشیدی با کارایی بالا است.

محققان دانشگاه رایس موفق به ارائه روشی با کارایی بالا برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید شدند.در این فناوری از نانوذرات طلا برای جذب انرژی خورشیدی استفاده شده است.

تابش نور موجب تحریک الکترون های موجود در سطح نانوذرات طلا شده و در نتیجه الکترون های داغ تشکیل می شوند. این الکترون ها می توانند برای انجام واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.

بخشی از انرژی موجود در الکترون های داغ به صورت حرارت آزاد می شود. هر قدر که بتوان مانع از تولید حرارت شد، کارایی پیل خورشیدی افزایش بیشتری می یابد.

در این پروژه، نور در نانوذرات به دام می افتد و تبدیل به پلاسمون می شود. پلاسمون ها امواج الکترونی هستند که همانند یک سیال در سطح نانوذرات جریان دارند. پلاسمون ها دارای حالت های انرژی بالا بوده و عمر کوتاه دارند.

این گروه تحقیقاتی موفق به تبدیل انرژی پلاسمونیک به گرما یا نور شدند. نانوذرات پلاسمونیک یکی از ابزارهای بسیار مهم در تولید انرژی هستند.

این گروه تحقیقاتی سیستمی ارائه کردند که در آن از الکترون داغ برای جدا کردن اجزاء آب و تولید اکسیژن و هیدروژن استفاده می شود. از این دو می توان در پیل سوختی و ادوات الکتروشیمیایی استفاده کرد.

این گروه در ابتدا راهی برای جدا کردن حفره های الکترونی از الکترون ها یافتند. یکی از دلایل عمر کوتاه الکترون ها، ترکیب آن با حفره هاست. پژوهشگران با طراحی ویژه ای موجب جدا شدن الکترون از سیستم شدند. حفره ها می توانند از این سیستم عبور کنند، در حالی که الکترون ها در مسیر دیگری به حرکت در می آیند.

برای این کار پژوهشگران از یک ساختار سه لایه استفاده کردند که در لایه زیرین، لایه نازکی از آلومینیوم قرار دارد. این لایه با استفاده از اکسید نیکل شفاف پوشانده شده است. در سطح بالایی این سیستم نیز نانوذرات طلا قرار دارد که به صورت خوشه های 10 تا 30 نانومتری قرار دارند.

تابش نور به این سیستم موجب تولید الکترون داغ در سطح آلومینیوم می شود. حفره های تولید شده به راحتی از میان اکسید نیکل عبور می کنند در حالی که الکترون ها نمی توانند از آن عبور کنند. بنابراین، الکترون ها در سطح طلا باقی می مانند. نانوذرات طلا در این فرآیند برای تجزیه آب مورد استفاده قرار می گیرند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Direct Plasmon-Driven Photoelectrocatalysis در نشریه Nano Letters منتشر شده است.

منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

اعلام برندگان جایزه پولیتزر ۲۰۲۶ در بخش روزنامه‌نگاری

تماشاخانه

«نبرد آوسترلیتز» حیله بزرگ ناپلئون که یک سپاه را روی دریاچه غرق کرد

ایران من ؛ از دل تاریخی کهن تا حال ایران امروز ما

فیلم های دیگر