Yapay Fotosentez Güneş Işığı Enerjisinin Yarısını Uzaklaştırıyor
Şekil: Hesaplanan bant yapıları (ortada) ve durum yoğunluğu (sağda) ile değişen farklı sayıda oksijen boşluğu olan WO3 yarıiletken modelleri (solda)
Yapay fotosentez reaksiyonuna güç vermek için kızılötesi ışıktan faydalanabilen bir yarı iletken oluşturulmuştur. Fotokatalizör, karbondioksiti karbon monoksite ve oksijene ayrıştırabilir, bu da güneş enerjisinin tümünden en iyi şekilde yararlanmanın yeni bir yolu olabilir.
Sürdürülebilir kimyasal üretim potansiyellerinden dolayı karbon dioksit ve suyu hidrokarbon ve oksijene dönüştürmek için güneş enerjisinden yararlanarak bitkileri taklit eden teknolojiler aranıyor. Yapay fotosentez sistemleri, çoğu bitkiden çok daha verimli olsa da, şimdiye kadar hiç kimse, Dünya’ya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık yarısını oluşturmasına rağmen kızılötesi (IR) ışık demeti kullanamamıştır.
1978’de karbondioksit fotoredüksiyonunun ilk raporundan bu yana, güneş enerjisinin neredeyse % 50’sini oluşturan kızılötesi ışık hiç bir zaman karbondioksitin yakıta dönüşmesi için kullanılmamıştır. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Yi Xie “ Bu, IR ışığının enerjisinin nispeten düşük olduğu ve böylece karbon dioksitin genel olarak ayrılmasını sağlayamadığı gerçeğine atfedilebilir ”diyor.
Bununla birlikte Xie ve ekibi artık, IR ışığını emebilen ve bu enerjiyi karbondioksit ayırma tepkimesine güç sağlamak için kullanabilen, oksijen bakımından yoksun WO3 katmanlarından oluşan bir yarı iletken geliştirdi. Yarı iletken malzemeye oksijen boşluklarının sokulması, reaksiyonun gerçekleşmesini sağlayan bir ara bant enerji seviyesi yaratmaktadır.
Queensland Üniversitesi’nden güneş enerjisi dönüşümüne yönelik materyalleri araştıran ve projeye dahil olmayan Lianzhou Wang, ‘IR ışığını absorbe edecek kadar küçük bant aralıklarına sahip yarı iletkenler, su ayrışması veya karbondioksit indirgemesi gibi fotokatalizör için yeterli redoks potansiyeline sahip değildir,’ diyor. Encoura cesaret verici bir şekilde, bu çalışmada Xie ve meslektaşları, ultra ince kübik-W03 katmanlarındaki oksijen boşluklarını, aralarında, binlerce nanometreye kadar dalga boylarında IR ışığını etkili bir şekilde absorbe edebilen bir ara bant oluşturmak üzere indüklemişlerdir ”diye ekliyor.
Bu, elektronların değerlik bandından ara banda ve daha sonra ara banttan, bantların boşluğundan daha az enerji ile fotonların emilmesi üzerine iletim bandından uyarılabileceği anlamına gelir. ‘Bu nedenle, düşük enerjili IR ışığı karbon dioksitin karbon monoksit ve oksijene ayrılmasında kullanılabilir” diyor Xie.
Umut vaat eden Xie’nin ekibi, üç günlük testten sonra bile yarı iletken katalitik aktivitelerinin deaktivasyon olmadan devam ettiğini gösterdi. Ticari kullanımdan önce malzemenin dönüşüm verimliliğindeki iyileştirmelere ihtiyaç duyulacaktır, ancak bu çalışma, IR ışığının yapay fotosentezde kullanılmasını engelleyen teorik bariyerin, aslında, aşılmaz olduğunu göstermektedir.
Wang, “Enerji bandı teorisi gibi temel mekanizmalar hakkında kapsamlı bir anlayış, daha fazla araştırma gerektirebilir olsa da, bu yenilikçi çalışmanın güneş enerjisinin kullanım verimliliğini artırmak için yeni ve önemli bir yol sağladığı açıktır” diyor. ‘Bu, yeni nesil yapay fotosentez teknolojilerine doğru yol açabilir.”
Kaynak : chemistryworld.com
