Güneş’ten Katalizörle Hidrojen Elde Etmek
Sürdürülebilir bir gelecek için hidrojen iyi bir yeşil enerji taşıyıcısıdır. Ancak sudan ayırmak zordur. Sudan elde edilerek, enerji alanında pratik kullanımı sağlanılabilir. Güneş enerjisi bir ‘foto katalizör’ yardımıyla suyu doğrudan bölerek bol miktarda yenilenebilir hidrojen üretmede idealdir. Bunun üstüne birçok çalışma yapılmasına rağmen katalizörün düşük verimi ve yüksek maliyeti, pratik uygulamalara geçilmesini zorlaştırmıştır.
HKU-CAS Yeni Malzemeler Ortak Laboratuvarı ve Hong Kong Üniversitesi (HKU) Kimya Bölümü’nden Profesör Zheng-Xiao GUO ve Profesör David Lee PHILLIPS liderliğindeki bir araştırma ekibi, fotodinamiği ve foto katalizördeki taşıyıcı yükleri ayırmasından dolayı görünür Güneş ışığını kullanarak, sudan hidrojen elde etmenin verimli ve protonlanabilir yöntemini keşfettiklerini duyurdular. Proses, maliyeti ve pratik uygulamasında zor olduğundan; yalnızca toprakta bol miktarda bulunan metalik olmayan elementlerle interstisyel fosfor katkılı karbon nitrür yapısında etkinleştirilir. Araştırma bulguları yakın zamanda Enerji ve Çevre Bilimi e-dergisinde yayınlandı.
Arka Planı ve Başarılı Sonuç
Kapsamlı araştırma çabaları, çoğunlukla yük ayırma, transfer ve kullanım yoluyla, gelişmiş aktivite, verimlilik ve dayanıklılık ile Güneş enerjili enerji dönüşümü için foto katalizörlerin geliştirilmesine adanmıştır. Ayrıca karmaşık elektron transferi, proton kuplajları ve ara dinamikleri, soru işaretleri olan fotokatalitik yolu, kinetiği ve verimliliği etkileyebilir. Bu nedenle yenilikçi sentez tasarımının, mikroskobik ve spektroskopik karakterizasyonları ve atomik simülasyonları moleküler düzeyde entegre eden derinlemesine araştırmaların teşvik edilmesi oldukça arzu edilmektedir.
Mevcut çabaların ve foto katalizdeki zorlukların tam olarak kavranmasıyla, HKU ekibi temel konuları farklı bir açıdan inceleyerek foto-dinamikleri, yük ayrımını ve dolayısıyla interstisyel fosfor katkılı karbon-nitrür, g-C3N4’ün genel verimliliğini arttırmak için proton aracılığıyla yeni bir fotokatalitik mekanizmanın sürecini önerdiler. Proton aracılı mekanizma, su molekülünün sadece bir çözücü veya reaktan olarak değil, aynı zamanda etkili fotokatalitik işlemlerin genel tasarımında katalizörün bant yapısı değiştiren yeni bir rolüne işaret etmektedir.
Ekip, temelde gerçekleşen sığ durumları indüklemek için gözeneklilikle stabilize edilmiş interstisyel P-doping ve yerinde protonlamayla etkili bir atomik hetero bağlantı geliştirdi:
- Uyarılmış durumların ömrünün uzatılması,
- İstenmeyen yükü yakalamanın sınırlanması ve verimli su ayrışmasına yol açılması.
Ekip ilk kez delikli bir g-C3-xN4 içinde interstisitsel olarak tutturulmuş bir fosforun yerinde protonlanmasının, görünür ışıkla, yüksek verimli ve kararlı hidrojen üretimi için katalizörün çok etkili bir yapısal konfigürasyonu olduğunu belirledi.
Profesör Zheng-Xiao Guo, “Keşfimizin, dönüşüm verimliliğini artırmak için uygulanabilir bir fikir olarak; yapısal dinamizmine daha fazla dikkat ederek, etkili Güneş enerjisi kullanımı için foto katalizörlerin gelecekteki tasarımında yeni bir düşünce çizgisi açacağını umuyoruz” dedi.
Profesör David Lee Phillips, “Spektroskopik araştırmalar renkli bir nano malzeme dünyasını göstermektedir. Bilim ve teknolojilerin mekanik iç görülerine daha fazla ışık tutacaktır” dedi.
Kaynak : sciencedaily.com
