Temiz Enerji Teknolojisi Dönüşümü
Fotoğraf: Yeni Katalizör’ün “Aşırı Gerilim- TOF Grafiği”
Bazı tahminlere göre bir yılda dünya yüzeyine ulaşan solar enerji miktarı yenilenemeyen enerji kaynaklarını kullanarak üretebileceğimiz tüm enerji toplamında bile daha büyük. Elektrikten güneş ışığı dönüştürmek için gerekli olan teknoloji hızlıca gelişti fakat depolamada verimsizlik ve gücün dağılımı, güneş enerjisini büyük ölçekte elverişsiz olması önemli bir sorun olarak kaldı. Bununla birlikte; UVA Koleji ve Fen Bilimleri&Sanat Enstitüsü, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü ve ABD Enerji Bakanlığı Argonne Ulusal Laboatuvarı, Lawrance Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Brookhaven Ulusal Laboatuvarı’nda araştırmacılar tarafından temiz enerji geleceğine doğru dev bir adımı ifade eden bir keşif, süreçten kritik engeli yok edebilir.
Solar enerjiden yararlanmanın bir yolu solar enerji kullanarak, su moleküllerini hidrojene ve oksijenine ayırmaktır. Prosesle üretilmiş hidrojen bir yerden bir başka yere taşınabilen bir formda olan gaz gibi depolanır ve güç üretmek için kullanılır. Su moleküllerini bileşen parçalarına ayırmak için bir katalizör gerekli fakat proseste kullanılan katalitik malzemeler ayrıca oksijen oluşumu reaksiyonu olarak bilinen reaksiyon prosesi pratikleştirecek kadar verimi değildir.
UVA’da geliştirilen inovatif bir kimyasal stratejiyi kullanarak, araştırma ekibinin lideri Kimya Profesörü Sen Zhang ve T. Brent Gunnoe kobalt ve titanyum kullanarak yeni bir katalizör ürettiler. Bu elementlerin avantajı; iridyum ve ruthenyum gibi kıymetli metaller içeren yaygın olarak kullanılan katalitik malzemelerden doğada daha çok bulunmalarıdır.
Zhang; “Yeni proses, uzun ömürlü katalitik malzeme üreten; oksijen dönüşümü reaksiyonunu tetiklemede daha iyi olan teknik, atomik seviyede titanyum oksit nanokristalinin yüzeyinde aktif katalitik alan oluşturmayı içeriyor. Oksijen oluşum reaksiyonu katalizörlerini verimli hale getirmek için yeni yaklaşım ve geliştirilmiş temeli anlayış, yenilenebilir solar enerjinin ölçeklendirilmiş kullanımına olası geçişi sağlamanın anahtarıdır. Bu çalışma, atomik ölçekte ine yönelik nanomalzemenin ayarlamasıyla temiz enerji teknolojisi için katalizör etkisinin nasıl optimize edileceğine yönelik mükemmel bir örnektir.” diye açıklamada bulundu.
Gunnoe’ya göre; “Bu inovasyon; kuantum mekaniği teorisi, atomik seviye karakterizasyon ve geliştirilmiş malzeme sentezinin integrasyonunu içeren sonuç çabasıyla katalitik malzemeleri anlamak ve geliştirmek için yeni bir metodu yansıtır.
Gunnoe; “Yıllar önce UVA,uluslararası orta çaba elektro katalitik su oksidasyonuna odaklananları bir araya getiren MAXNET Enerji Birliği’ne katıldı. MAXNET Enerji, verimli ve verimli işbirliği olan ve olmaya devam eden Zhang Laboratuvarı ve grubum arasında birleşik çaba için tohum oldu.”diyor.
Atomik seviyede yapının önemini incelemek için radyasyon kullanan aynı zamanda son teknoloji senkrotron X-ışını absorbsiyon spektroskopisi kullanıcı tesisler, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’nın yardımıyla; araştırma ekibi oksijen dönüşüm reaksiyonunu sırasında katalizörün nasıl gelişeceğini açık açık görmeye ve performansını doğru şekilde değerlendirmeye olanak sağlayan iyi tanımlanmış yüzey yapısına sahip katalizörü keşfettiler.
Makalenin ortak yazarı ve Argonne X-Işını Fizkçisi Hua Zhou; “Çalışmada, ortaya çıkan ya da bilimsel fikirleri bulmak için ayrılan geri bildirim döngüsü programının bir parçası dahil olmak üzere, Gelişmiş Foton Kaynağı ve Gelişmiş Işık Kaynağı’ndan X-ışını ışın huzmesi yolu kullanıldı.”
Ek olarak, Caltech’teki araştırmacılar yeni geliştirilmiş kuantum mekanizması metotlarını kullanmak, reaksiyonun kimyasal mekanizmasını detaylandırarak ekibin anlamasını sağlayan katalizörün sebep olduğu oksijen üretim oranını doğru şekilde tahmin etti.
Projenin baş araştırmacılarından birisi olan, Caltech’te Uygulamalı Fizik ve Kimya,Malzeme Bilimi Profesörü William A. Goddard III; “Beş yıldan daha uzun süredir, oksijen oluşum reaksiyon mekanizmasını anlamak için yeni kuantum mekaniği teknikleri geliştirdik, fakat önceki çalışmalarımızın tamamında, katalizörün tam yapısından emin olamadık. Zhang’ın katalizörü; iyi tanımlanmış atomik yapıya sahip ve deneysel gözlem ile tam uyumlu olarak, temelde, teorik çıktılarımızı bulduk. Bu durum; sentezlenebilir ve test edilebilir daha iyi katalizörleri öngörmek için kullanabildiğimiz yeni teorik metotlarımızın ilk güçlü deneysel doğrulamasını sağlar.” diye açıklama yapıyor.
UVA’nın Kimya Bölümü’nden Jill Venton; ” Bu çalışma disiplinler arası işbirliğinden gelen heyecan verici keşifler ve temiz enerji üzerine çalışan diğer araştırmacılar ve UVA tarafından ekip çalışmasına harika bir örnek.” açıklamasında bulundu.
Kaynak: sciencedaily.com
