خانواده جدیدی از مواد برای تبدیل موثر نور خورشید به انرژی پاک

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان دانشگاه ایالتی اورگان خانواده جدیدی از مواد ایجاد کرده‌اند که از نور برای تولید هیدروژن از آب استفاده می‌کنند و راه‌های جدیدی را برای تبدیل پرتوهای خورشید به انرژی پاک باز می‌کنند.

با همکاری کیریاکوس استیلیانو از کالج علوم OSU، فوتوکاتالیستی ایجاد کرد که تولید سریع و کارآمد هیدروژن را ممکن می‌سازد. هیدروژن در پیل های سوختی خودروها، در ساخت بسیاری از مواد شیمیایی از جمله آمونیاک، در پالایش فلزات و در ساخت پلاستیک استفاده می شود.

استیلیانو گفت کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می دهد بدون اینکه خود دچار تغییر شیمیایی دائمی شود. فوتوکاتالیست ها نور را برای رسیدن به سطح انرژی بالاتر جذب می کنند و می توانند از آن انرژی برای سرعت بخشیدن به واکنش ها استفاده کنند.

Stylianou که تحقیقاتش بر روی مواد متخلخل متخلخل و کریستالی معروف به چارچوب‌های فلزی-آلی یا MOF متمرکز است، گفت: یافته‌ها که در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است، یک ابزار جدید بالقوه را برای استفاده در برابر انتشار گازهای گلخانه‌ای و تغییرات آب و هوایی معرفی می‌کند.

MOF ها که از یون های فلزی با بار مثبت احاطه شده توسط مولکول های آلی "پیوند دهنده" تشکیل شده اند، دارای منافذ نانو اندازه و خواص ساختاری قابل تنظیم هستند. استیلیانو گفت که آنها می توانند با اجزای مختلفی طراحی شوند که ویژگی های یک MOF را تعیین می کنند و میلیون ها MOF ممکن وجود دارد.

تقریبا 100000 مورد توسط محققان شیمی سنتز شده است و خواص نیم میلیون دیگر نیز پیش‌بینی شده است.

در این مطالعه، محققان با یک MOF، BVR-19، کار کردند که یک ویژگی ساختاری متمایز دارد: پیوند سولفید به سولفید که پس از قرار گرفتن در معرض نور، دچار شکاف گذرا می‌شود و در نتیجه گونه‌های گوگردی واکنشی ایجاد می‌کند.

استیلیانو گفت: "جزء ارگانیک کار مهمی را انجام می دهد." ماده ما به جای تکیه بر اتم‌های فلز، از بلوک‌های ساختمانی آلی حاوی گوگرد خود برای جذب انرژی نور و حرکت الکترون‌ها به جایی که برای تولید هیدروژن لازم است استفاده می‌کند.

او اضافه کرد که نیازی به کاتالیزور فلزی گران قیمت اضافی نیست که به طور بالقوه طراحی سیستم‌های تولید هیدروژن مبتنی بر نور را ساده می‌کند. BVR-19 همچنین به طور خود به خود در محلول های آبی در دمای اتاق تشکیل می شود که به آن یک مزیت انرژی قوی می دهد.

استیلیانو گفت که تولید هیدروژن با تقسیم آب از طریق یک فرآیند کاتالیزوری تمیزتر از روش مرسوم استخراج هیدروژن از گاز طبیعی از طریق فرآیند تولید دی اکسید کربن به نام رفرمینگ بخار متان است.

فرآیندهای کاتالیزوری کنونی برای تولید هیدروژن از آب شامل الکتروکاتالیزور است - جریان الکتریسیته از طریق کاتالیزور. پایداری الکتروکاتالیز به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر بستگی دارد و برای رقابتی بودن در بازار، این انرژی باید ارزان باشد.

Stylianou، مدیر آزمایشگاه کشف مواد OSU، معروف به MaD Lab، گفت: "کار ما طرحی برای طراحی مواد بهتری ارائه می دهد که می تواند هزینه هیدروژن سبز را کاهش دهد."

"با تغییر فلز و در عین حال حفظ بقیه مواد اساسا یکسان، متوجه شدیم که چرا برخی از نسخه های MOF بسیار بهتر از سایرین کار می کنند. این یافته ها قوانین طراحی جدیدی را برای ایجاد مواد موثرتر برای تولید سوخت خورشیدی ارائه می دهند."

Emmanuel Nyela Musa و همکاران، انتقال بار درون لیگاند در چارچوب‌های فلزی-آلی، تکامل هیدروژن با واسطه آنیون رادیکال را تسهیل می‌کند، مجله انجمن شیمی آمریکا (2026). DOI: 10.1021/jacs.6c13238

اطلاعات مجله: مجله انجمن شیمی آمریکا

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →