Temiz Hidrojen Yakıt Üretimi İçin Solar Malzeme
Osaka Üniversitesi araştırmacıları, güneş ışığının tam spektrumunu kullanarak temiz hidrojen yakıtı üretmek için altın ve siyah fosfor esaslı yeni malzemeler üretiyorlar.
Küresel iklim değişikliği ve enerji krizi, fosil yakıtlara alternatiflerin acilen gerekli olduğu anlamına geliyor. En temiz düşük karbonlu yakıtlar arasında hidrojen bulunur, hidrojen ürün olarak sudan daha zararlı birşey yaymaz ve enerjiyi serbest bırakmak için oksijen ile reaksiyona girebilir. Bununla birlikte, yeryüzündeki çoğu hidrojen zaten H2O’ya (ve ya başka moleküllere) bağlanmıştır ve enerji için kullanılamaz.
Hidrojen, H2O’nun ayrışmasıyla üretilebilir ancak bu üretim için hidrojenin verebileceğinden daha fazla enerji kullanılır. Su ayırma genellikle “güneşten hidrojene” dönüştürme adı verilen güneş enerjisiyle yürütülür. Geniş grup aralığı ile yarı iletken olarak bilinen titanyum oksit gibi malzemeler, geleneksel olarak güneş ışığını fotokatalitik reaksiyon ile kimyasal enerjiye dönüştürürler. Bununla birlikte, bu malzemeler etkisizdir çünkü yalnızca ışığın ultraviyole (UV) kısmı absorbe edilir, geriye kalan güneş ışığı spektrumu boşa harcanmış olur.
Günümüzde, Osaka Üniversitesi’ndeki bir ekip, güneş ışığından daha geniş spektrum almak için bir malzeme geliştirdi. Bu materyalin üç parçalı alaşımları hem ışığı absorbe etmek hem de su ayırma verimliliğini en üst düzeye çıkarmaktadır. Çekirdek geleneksel bir yarı iletken, lantan titanyum oksittir (LTO). Lantan titanyum oksit (LTO) yüzeyi nanopartiküller olarak bilinen küçük altın noktaları ile kısmen kaplanır. Son olarak, altın kaplı LTO, ışık absorplayıcı olarak işlev gören siyah fosfor (BP) elementinin ultra ince tabakalarıyla karıştırılır.
Ekip lideri Tetsuro Majima; “Siyah fosfor (BP), güneş uygulamaları için harika bir materyal, hafiften ağır olanına kadar, sadece kalınlığını değiştirerek ışığın frekansını ayarlayabildiğini” söylüyor. “Bu, LTO ile asla elde edemediğimiz, yeni malzemenin görünür ve hatta yakın kızılötesi ışığı absorplamasına olanak sağlıyor.”
Bu geniş enerji taramasını absorbe ederek, BP elektronları serbest bırakmak için harekete geçirilir ve daha sonra LTO’yu kaplayan altın nanopartiküllerine iletilir. Altın nanoparçacıklarda görünür ışığı absorbe ederek kendi elektronlarının bir kısmının sarsılmasına neden oluyor. Hem BP hem de altın nanopartiküllerindeki serbest elektronlar, sonrasında su bölme için bir elektrik akımı olarak işlev gören LTO yarı iletkenlerine aktarılır.
Bu malzemeyi kullanarak hidrojen üretimi, daha geniş spektrumdaki ışık absorpsiyonu ile değil, BP ve LTO’nun iki boyutlu materyalleri arasındaki benzersiz arayüzden kaynaklanan daha etkili elektron iletimiyle arttırılmıştır. Sonuç olarak, malzeme saf LTO’ya göre 60 kat daha aktiftir.
Majima, “Temiz yakıt üretmek için verimli bir şekilde güneş enerjisi topluyor ve bu malzeme çevreyi temizlemeye yardımcı olabilir” diyor. “Ayrıca, mekanizmanın incelenmesinin fotokatalist teknolojisinde yeni gelişmelere yol açacağını umuyoruz.”
Kaynak: phys.org
