Biyopolimer Kaplamalı Nanokatalizörler Hidrojen Yakıt Odaklı Bir Geleceğin Gerçekleştirilmesine Yardımcı Olabilir

Biyopolimer Kaplamalı Nanokatalizörler Hidrojen Yakıt Odaklı Bir Geleceğin Gerçekleştirilmesine Yardımcı Olabilir

İklim değişikliği ile mücadele etmek için, fosil yakıtlardan temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına geçiş mecburidir. Bu bağlamda popüler bir aday olan hidrojen, kullanıldığında yalnızca su üreten çevre dostu bir yakıttır. Bununla birlikte, hidrojen üretiminin verimli metotları genellikle çevre dostu değildir. Hidrojen üretiminde suyu, güneş ışığı ile yarmanın çevre dostu alternatifi verimsizdir ve fotokatalizörün (ışığı emerek kimyasal reaksiyonları kolaylaştıran malzeme) düşük stabilitesinden muzdariptir. Peki stabil ve verimli bir fotokatalist geliştirme sorunu nasıl ele alınır?

Yakın zamanda Applied Catalysis B’de yayınlanan bir çalışmada, Kore’deki Incheon Ulusal Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Yeonho Kim önderliğindeki Environmental tarafından bir grup uluslararası bilim insanları bu soruyu ele aldı ve polidopamin (PDA) kaplı çinkosülfür (ZnS) nanoçubuklarının bir fotokatalizör olarak performansını bildirdi. Bu, hidrojen üretiminde tek başına ZnS katalizörüne kıyasla %220 artış gösterdi! Dahası, 24 saat süresince radyasyona maruz kaldıktan sonra bile aktivitesinin yaklaşık %79’unu koruyarak iyi bir stabilite gösterdi. Araştırmalarının arkasındaki motivasyonu özetleyen Doktor Kim, “güneş ışığı altında ZnS, hızlı bir şekilde elektrik yükü taşıyıcıları oluşturabildiğinden çeşitli fotokimyasal uygulamalara sahiptir. Bununla birlikte, ayrıca güneş ışığı da ZnS’nin fotokorozyonuna yol açan sülfid iyonlarının oksidasyonuna neden olur. Yakın zamanda yapılan çalışmalar gösteriyor ki, bir fotokatalizör üzerinde kontrollü kalınlıkta PDA kaplamaları, güneş enerjisi için dönüşüm verimliliğini ve fotostabiliteyi artırabilir. Ancak şimdiye kadar, ZnS/PDA arayüzündeki fiziko kimyasal değişiklikleri ele alan hiçbir çalışma yapılmamıştır. Bu nedenle, ZnS’nin fotokatalitik performansının PDA bağlanması üzerindeki etkisini incelemek istedik.”

Bilim insanları PDA kaplamalı ZnS nanokatalizörlerini, ZnS nanoçubuklar üzerine dopamin kaplamak için polimerizasyon vasıtası ile ürettiler ve üç farklı PDA kalınlığından (1.2 nm (ZnS/PDA1), 2.1 nm (ZnS/PDA2), and 3.5 nm (ZnS/PDA3)) numuneler oluşturmak için polimerizasyon periodunu değiştirdiler. Sonrasında bu numunelerin fotokatalitik performansını, simüle edilmiş güneş ışığı aydınlatması altında hidrojen üretimlerini görüntüleyerek  ölçtüler.

ZnS/PDA1 katalizörü, en yüksek hidrojen üretim oranını gösterdi ve bu katalizörü ZnS/PDA2, kaplamasız ZnS ve ZnS/PDA3 katalizörleri izledi. Takım, ZnS/PDA2 ve ZnS/PDA3 katalizörlerinin düşük performansını daha kalın PDA kaplamaları tarafından daha fazla ışık absorpsiyonuna bağladı, bu da ZnS’ye ulaşan ışığın miktarını azalttı ve uyarılmış yük taşıyıcılarının yüzeye ulaşmasını engelledi; fakat tersine, kaplamasız ZnS fotokorozyona uğramıştır.

Gözlemlenen iyileştirmelerde elektronik yapının rolünü anlamak için bilim insanları, numunelerin emisyon ve imha spektrumlarının, yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamalarını kullanarak ölçümlerini yaptılar. Artan emilimin, ZnS üzerinde oluşan Zn-O veya O-Zn-S kabuklarından ve değerlik bandına yakın enerji seviyelerinin (elektronlarla dolu en yüksek atomik seviye) “delikleri” kabul edebilen oluşumundan kaynaklandığını ortaya çıkardı (elektron yokluğu). Hesaplamalar, ZnS/PDA’nın yüzeydeki yük taşıyıcılarının, taşınmasını ve ayrılmasını kolaylaştıran benzersiz bir “çift kademeli” elektronik yapıya sahip olduğunu gösterdi. Geliştirilmiş dayanıklılık, PDA’nın değerlik durumlarındaki deliklerin düşük oksidatif  kapasitesinden kaynaklanıyordu.

Doktor Kim ve takımı, kullandıkları tekniğin daha geniş uygulamalarından umutlu. Doktor Kim, “çalışmamızda kullandığımız polidopamin kaplama, diğer selenid, borid ve tellurid bazlı katalizör gruplarına da uygulanabilir” şeklinde yorumladı.

Geleceğin gerçeği gerçekten de hidrojen olabilir.

Kaynak: phys.org

459 Kez Okundu

Aysel Ekin Eyüboğlu

10 Ocak 1997 Mersin doğumluyum. 2015 yılında kayıt olduğum Ege Üniversitesi Kimya Mühendisliği %100 ingilizce 4 yıllık lisans bölümünde son sınıf öğrencisiyim. Aynı zamanda teknoloji ve bilim üzerine ilgim olduğu için Anadolu Üniversitesi Web Tasarımı ve Kodlama 2 yıllık önlisans bölümünde okumaktayım. Dünyaya açılmak, alanımda daha farklı ilerlemeleri görmek, tecrübe edinmek ve eğitimini almak adına 2018-2019 yılımı Fransa’da Université Pays de L'adour ekolünde Erasmus programında geçirdim. Araştırmalarımda daima yeniliğe ve inovatif fikirlere öncelik vermeyi tercih ediyorum. Yeni başladığım tez konum olan Wrinkle (kırışık) boyaların yüzey modellemesi ile ilgili araştırmalarımı bir yandan sürdürürken İnovatif Kimya Dergisi ailesine ve haber çeviri ekibine katılma şansı yakaladım. Sizlerle var olan ve olacak bilgilerimi, bilime olan hevesimle birleştirerek teknolojideki son gelişmeleri ve araştırmalarımı paylaşmak istiyorum.

You may also like...

WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com
Kopyalamak Yasaktır!