پژوهشگران کره‌ای با اصلاح ساختاری اکسید آهن موفق به ساخت فتوالکترودی شدند که بالاترین نرخ تبدیل انرژی در فرآیند شکستن مولکول آب با نور خورشید را داراست.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا به نقل از ستاد نانو، یک تیم تحقیقات کره‌ای از موسسه ملی علوم و فناوری اولسان موفق به ساخت فتوآند کرم مانندی شدند که می‌تواند با استفاده از نور خورشید آب را به هیدروژن تبدیل کند. این فتوآند رکورد بالاترین نرخ کارایی در تبدیل انرژی را شکسته است.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Single-crystalline, wormlike hematite photoanodes for efficient solar water splitting» در نشریه Nature به چاپ رسیده است. رکورد قبلی در این حوزه مربوط به فتوآند اکسید نیمه‌هادی بوده است که توسط گروه تحقیقاتی مایکل گراتزل از موسسه پلی‌تکنیک EPFL به ثبت رسیده است.
شکستن مولکول آب توسط نور خورشید راهبرد بسیار مناسبی برای تولید انرژی است، زیرا از نور خورشید به عنوان منبع تولید انرژی استفاده می‌شود؛ چیزی که در روی کره زمین به وفور یافت می‌شود. آب نیز به عنوان یکی از فراوان‌ترین مواد موجود در سطح زمین است. با وجود چنین پتانسیلی، تاکنون تولید انرژی با این روش به مرحله تجاری‌سازی نرسیده است که دلیل آن پایین بودن نرخ تبدیل انرژی است.
بخش کلیدی در فناوری تبدیل انرژی با نور خورشید، فتوکاتالیست نیمه‌هادی است که نور خورشید را جذب کرده و با استفاده از آن اکسیژن و هیدروژن تولید می‌کند. هماتیت اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است که می‌تواند مقادیر زیادی از نور خورشید را جذب کند همچنین این ماده پایداری قابل توجهی در برابر نور خورشید و آب دارد. مزیت دیگر این ماده قیمت پایین و زیست‌سازگاری آن است. بنابراین، این ماده گزینه مناسبی برای ساخت فتوآندها جهت شکستن مولکول آب است. طی دو دهه گذشته تحقیقات زیادی روی این ماده انجام شده است. مشکل اصلی در استفاده از این ماده، هدایت الکتریکی اندک آن است که موجب شده عملکرد فتوآند ایجاد شده بسیار کم باشد.
این گروه تحقیقاتی موفق شدند با انجام بهبودهایی در ساختار این ماده عملکرد آن را بهبود دهند. «لی» و همکارانش با استفاده از یک روش رایج سنتز نانومواد، موفق به تولید تک‌بلوری کرم مانند از هماتیت شدند؛ در قدم بعد به ساختار این ماده کمی پلاتین به عنوان فاز تقویت‌کننده افزودند. در نهایت مقداری کاتالیست کبالت به آن افزوده شد تا موجب خارج شدن اکسیژن از ساختار آب شود. این اصلاحات موجب شد فتوآندی ایجاد شود که بالاترین کارایی را در تبدیل انرژی دارد.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا به نقل از ستاد نانو، یک تیم تحقیقات کره‌ای از موسسه ملی علوم و فناوری اولسان موفق به ساخت فتوآند کرم مانندی شدند که می‌تواند با استفاده از نور خورشید آب را به هیدروژن تبدیل کند. این فتوآند رکورد بالاترین نرخ کارایی در تبدیل انرژی را شکسته است.
نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان «Single-crystalline, wormlike hematite photoanodes for efficient solar water splitting» در نشریه Nature به چاپ رسیده است. رکورد قبلی در این حوزه مربوط به فتوآند اکسید نیمه‌هادی بوده است که توسط گروه تحقیقاتی مایکل گراتزل از موسسه پلی‌تکنیک EPFL به ثبت رسیده است.
شکستن مولکول آب توسط نور خورشید راهبرد بسیار مناسبی برای تولید انرژی است، زیرا از نور خورشید به عنوان منبع تولید انرژی استفاده می‌شود؛ چیزی که در روی کره زمین به وفور یافت می‌شود. آب نیز به عنوان یکی از فراوان‌ترین مواد موجود در سطح زمین است. با وجود چنین پتانسیلی، تاکنون تولید انرژی با این روش به مرحله تجاری‌سازی نرسیده است که دلیل آن پایین بودن نرخ تبدیل انرژی است.
بخش کلیدی در فناوری تبدیل انرژی با نور خورشید، فتوکاتالیست نیمه‌هادی است که نور خورشید را جذب کرده و با استفاده از آن اکسیژن و هیدروژن تولید می‌کند. هماتیت اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است که می‌تواند مقادیر زیادی از نور خورشید را جذب کند همچنین این ماده پایداری قابل توجهی در برابر نور خورشید و آب دارد. مزیت دیگر این ماده قیمت پایین و زیست‌سازگاری آن است. بنابراین، این ماده گزینه مناسبی برای ساخت فتوآندها جهت شکستن مولکول آب است. طی دو دهه گذشته تحقیقات زیادی روی این ماده انجام شده است. مشکل اصلی در استفاده از این ماده، هدایت الکتریکی اندک آن است که موجب شده عملکرد فتوآند ایجاد شده بسیار کم باشد.
این گروه تحقیقاتی موفق شدند با انجام بهبودهایی در ساختار این ماده عملکرد آن را بهبود دهند. «لی» و همکارانش با استفاده از یک روش رایج سنتز نانومواد، موفق به تولید تک‌بلوری کرم مانند از هماتیت شدند؛ در قدم بعد به ساختار این ماده کمی پلاتین به عنوان فاز تقویت‌کننده افزودند. در نهایت مقداری کاتالیست کبالت به آن افزوده شد تا موجب خارج شدن اکسیژن از ساختار آب شود. این اصلاحات موجب شد فتوآندی ایجاد شود که بالاترین کارایی را در تبدیل انرژی دارد.