Fosil Yakıtlara Daha Çevreci Bir Alternatif: Su ve Işıktan Hidrojen Üretiliyor
Chapel Hill’deki North Carolina Üniversitesi Kimya Bölümü araştırmacıları, fosil yakıtlara daha çevreci bir alternatif olan, suyu; oksijen ve hidrojen gazına ayırarak güneş ışığını elektriğe dönüştürebilen silikon nanoteller tasarladılar.
Elli yıl önce bilim insanları, yarı iletken bir elektrotun aydınlatılmasıyla üretilen elektrik kullanılarak sıvı suyun, oksijen ve hidrojen gazına bölünebileceğini ilk kez gösterdiler. Güneş enerjisi kullanılarak üretilen hidrojen umut verici bir temiz enerji türü olmasına rağmen, düşük verimlilik ve yüksek maliyetler güneş enerjisiyle çalışan ticari hidrojen tesislerinin kurulmasını engellemiştir.
Bir ekonomik fizibilite analizi, katı bir güneş paneli tasarımı yerine nanoparçacıklardan yapılmış bir elektrot bulamacının kullanılmasının maliyetleri önemli ölçüde düşürebileceğini ve güneş enerjisiyle üretilen hidrojeni fosil yakıtlarla rekabet edebilir hale getirebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, fotokatalizörler olarak da adlandırılan, mevcut partikül bazlı ışıkla aktive olan katalizörlerin çoğu, yalnızca ultraviyole radyasyonu emebilir ve güneş ışığı altında enerji dönüşüm verimliliğini sınırlar.
UNC-Chapel Hill Sanat ve Bilim Kolejinde Hyde Aile Vakfı Kimya Profesörü olan James Cahoon ve bölümdeki meslektaşları, güneş pillerinden katı hal belleğine kadar bir dizi teknolojiyi mümkün kılabilecek benzersiz fiziksel özelliklere sahip yarı iletken nanomalzemelerin kimyasal sentezi üzerinde çalışmaktadır. Cahoon, 9 Şubat’ta Nature dergisinde yayınlanan bulguların sorumlu yazarı olarak görev yapıyor.
Cahoon ve ekibi, yeni silikon nanotelleri, eksenleri boyunca birden fazla güneş hücresine sahip olacak şekilde tasarladılar, böylece suyu bölmek için gereken gücü üretebildiler.
Cahoon’un laboratuvarında doktora sonrası araştırma görevlisi olan Taylor Teitsworth, “Bu tasarım, önceki reaktör tasarımlarında görülmemiş ve silikonun ilk kez bir PSR’de kullanılmasına olanak sağlıyor.” dedi.
Silikon, hem görünür hem de kızılötesi ışığı emer. Fotovoltaik hücreler ve yarı iletkenler olarak da adlandırılan güneş pilleri için, bu ve bolluğu, düşük toksisitesi ve kararlılığı gibi diğer özellikleri nedeniyle tarihsel olarak en iyi seçim olmuştur. Elektronik özellikleri sayesinde, silikon parçacıklarıyla su bölünmesini kablosuz olarak gerçekleştirmenin tek yolu, her bir parçacığa birden fazla fotovoltaik hücre kodlamaktır. Bu, iki farklı silikon-p-tipi ve n-tipi yarı iletken formu arasında kavşak adı verilen çoklu arayüzler içeren parçacıklar üretilerek başarılabilir.
Daha önce, Cahoon’un araştırması aşağıdan yukarıya bir senteze ve silikonun p-tipi nanoteller için bor ile ve n-tipi nanoteller için fosfor ile mekansal olarak kontrollü modülasyonuna odaklanarak arzu edilen geometrileri ve işlevleri kazandırdı.
“Bu yaklaşımı, yeni bir su ayırıcı çoklu bağlantı nanoparçacıkları sınıfı oluşturmak için kullandık. Bunlar, silikonun malzeme ve ekonomik avantajlarını, emilen ışığın dalga boyundan daha küçük bir çapa sahip olan nanotellerin fotonik avantajlarıyla birleştiriyor.” diyor Cahoon. “Tel bağlantılarının doğal asimetrisi sayesinde, eş-katalizörleri seçici olarak tellerin uçlarına biriktirmek için ışık güdümlü elektrokimyasal bir yöntem kullanarak suyun bölünmesini sağlayabildik.”
Kaynak: https://phys.org
Derleyen: Simge Kara
Uzaylılar Dünya’yı Ziyaret Etmiyor; Çünkü İnsanlar Tehlikeli ve Şiddete Meyilli!