کد خبر: 169764
ف
نور خورشید در قالب الکترون به هیدروژن تبدیل شد
دانشمندان موفق شده‌اند نور خورشید را در قالب الکترون ذخیره و بدون نیاز به برق یا نور به هیدروژن پاک تبدیل کنند.

به گزارش ثریا تصور کنید در میانه شب قطبی، کامیونی به کارخانه‌ای در شمال نروژ می‌رسد. نه مخزن گاز فشرده‌ای همراه دارد و نه تانک‌های عظیم و پرهزینه برودتی. تنها چند مخزن مایع حمل می‌کند. تکنسین کارخانه مقدار اندکی پودر کاتالیست به این مایع می‌افزاید و بلافاصله حباب‌های گاز هیدروژن پدیدار می‌شوند؛ سوختی آماده برای تغذیه پیل‌های سوختی یا فرایندهای صنعتی. انرژی لازم برای این واکنش، نه در همان لحظه، بلکه ساعت‌ها پیش و در منطقه‌ای آفتابی ذخیره شده است؛ جایی که خورشید فراوان است اما مصرف انرژی اندک.

این سناریو هنوز به‌طور کامل محقق نشده، زیرا تاکنون کسی نشان نداده است که چنین سامانه‌ای بتواند انرژی ذخیره‌شده را برای هفته‌ها و در مسیرهای طولانی حمل‌ونقل حفظ کند. با این حال، پژوهش تازه‌ای نشان می‌دهد که شیمی لازم برای تحقق چنین آینده‌ای، بیش از هر زمان دیگری در دسترس قرار گرفته است.

هیدروژن به‌عنوان سوختی پاک، هنگام سوختن تنها آب تولید می‌کند و به همین دلیل یکی از گزینه‌های کلیدی برای کربن‌زدایی از صنایع سنگین، حمل‌ونقل سنگین و فولادسازی به شمار می‌رود. اما دو مانع بزرگ، توسعه گسترده آن را کند کرده است. نخست آنکه تولید هیدروژن از نور خورشید به تابش پیوسته نیاز دارد و ابرها و شب، این فرایند را متوقف می‌کنند. دوم اینکه ذخیره‌سازی و انتقال هیدروژن گازی یا مستلزم فشرده‌سازی تا ۷۰۰ برابر فشار جو است یا نیاز به سرمایش تا منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد دارد؛ هر دو گزینه، پرهزینه و همراه با مخاطرات ایمنی هستند.

طبیعت میلیون‌ها سال پیش راه‌حلی هوشمندانه برای این چالش یافته است. در فرایند فتوسنتز، گیاهان انرژی خورشید را جذب و آن را در واسطه‌های شیمیایی ذخیره می‌کنند. این انرژی ذخیره‌شده، بعداً و بدون نیاز به نور، صرف ساخت قندها می‌شود. دانشمندان سال‌ها است به‌دنبال نسخه مصنوعی این فرایند دومرحله‌ای هستند، اما بیشتر نمونه‌های آزمایشگاهی «فوتوکاتالیز در تاریکی» به ساختارهای مولکولی پیچیده، کاتالیست‌های گران‌قیمت یا ورودی برق خارجی وابسته بوده‌اند.

در این میان، ترکیباتی به نام پلی‌اکسومتالات‌ها توجه پژوهشگران را جلب کرده‌اند. این خوشه‌های مولکولی متشکل از فلز و اکسیژن، که اغلب از تنگستن یا مولیبدن ساخته می‌شوند، می‌توانند چندین الکترون را به‌طور برگشت‌پذیر ذخیره و آزاد کنند؛ رفتاری شبیه به یک باتری مولکولی. با وجود این، تمامی سامانه‌های پیشین که از پلی‌اکسومتالات‌های تجاری استفاده می‌کردند، برای تولید هیدروژن در تاریکی همچنان به جریان الکتریکی خارجی نیاز داشتند.

اکنون پژوهشی که در نشریه معتبر Advanced Materials با عنوان «ذخیره انرژی خورشیدی در پلی‌اکسومتالات برای حمل و تولید هیدروژن در زمان دلخواه» منتشر شده، این محدودیت را کنار زده است. پژوهشگران که عمدتاً در دانشگاه لانژو چین فعالیت می‌کنند، سامانه‌ای معرفی کرده‌اند که می‌تواند انرژی خورشید را به‌صورت الکترون ذخیره کرده و در تاریکی مطلق، بدون هیچ منبع برق خارجی، هیدروژن تولید کند. این سامانه با استفاده از مواد کاملاً تجاری، بالاترین نرخ تولید هیدروژن در میان تمام سامانه‌های فوتوکاتالیز تاریک گزارش‌شده تاکنون را به ثبت رسانده است.

در قلب این فناوری، ترکیب دو ماده ساده اما هوشمندانه قرار دارد: نیترید کربن گرافیتی و آمونیوم متاتنگستات. نیترید کربن گرافیتی نقش فوتوکاتالیست نیمه‌رسانا را ایفا می‌کند و پلی‌اکسومتالات تنگستنی، مخزن ذخیره الکترون‌ها است. آزمایش‌ها در محلول آبی حاوی ۱۰ درصد حجمی متانول انجام شده‌اند؛ ماده‌ای که به‌عنوان گیرنده حفره عمل می‌کند و مانع بازترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها می‌شود. به بیان دیگر، این سامانه آب خالص را تجزیه نمی‌کند و برای عملکرد به یک قربانی شیمیایی نیاز دارد.

با تابش نور به نیترید کربن گرافیتی، جفت‌های الکترون–حفره تولید می‌شود. الکترون‌ها به خوشه‌های پلی‌اکسومتالات منتقل و حتی پس از خاموش‌شدن نور نیز در آن‌ها ذخیره می‌شوند. تغییر رنگ محلول از زرد کم‌رنگ به آبی تیره، نشانه‌ای دیداری از کاهش حالت اکسایش تنگستن و ذخیره الکترون‌ها است.

دو عامل کلیدی، موفقیت این جفت‌سازی را توضیح می‌دهند. نخست، در شرایط اسیدی، گروه‌های آمینی سطح نیترید کربن گرافیتی پروتون‌دار شده و بار مثبت می‌گیرند، در حالی که پلی‌اکسومتالات‌ها دارای بار منفی هستند. این اختلاف بار، تماس الکترواستاتیکی نزدیک و مؤثری ایجاد می‌کند. دوم، هم‌خوانی مناسب ترازهای انرژی دو ماده است که انتقال خودبه‌خودی و کارآمد الکترون‌ها را ممکن می‌سازد.

آزادسازی انرژی ذخیره‌شده نیز فرایندی ساده دارد. پژوهشگران تنها با افزودن کاتالیست پلاتین روی کربن به محلول تاریک، تولید هیدروژن را آغاز کردند. در این مرحله، پلاتین بستر مناسبی فراهم می‌کند تا پروتون‌ها و الکترون‌ها با هم ترکیب شده و گاز هیدروژن بسازند. بدین‌ترتیب، جذب نور، ذخیره انرژی و تولید سوخت، در زمان‌ها و حتی مکان‌های متفاوت انجام می‌شود.

پس از یک ساعت تابش نور، سامانه توانست در مرحله تاریک ۱۳٫۵ میکرومول هیدروژن تولید کند و بیشینه نرخ تولید به ۳۲۲۰ میکرومول بر گرم در ساعت رسید؛ رکوردی بی‌سابقه در این حوزه. آزمایش‌های فضای باز نیز نشان دادند که با نور طبیعی خورشید، تولید هیدروژن در تاریکی به ۹۵۴ میکرومول بر گرم در ساعت می‌رسد.

این پژوهش نشان می‌دهد که با مونتاژ ساده الکترواستاتیکی مواد تجاری، می‌توان انرژی خورشیدی را ذخیره و بدون برق، در تاریکی به هیدروژن تبدیل کرد. اگر در آینده پایداری طولانی‌مدت این ذخیره الکترونی تأیید شود، راه برای انتقال انرژی خورشیدی از مناطق آفتابی به مناطق کم‌نور، در قالب مایعی ایمن و کم‌هزینه، هموار خواهد شد.

منبع: ستاد نانو


مرتبط ها
ارسال نظر
chapta
حداکثر تعداد کاراکتر نظر 200 ميياشد .
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.

حضور ۸۹ دانشگاه ایرانی در رتبه بندی دانشگاه‌های جهان تایمز ۲۰۲۷

برندگان نوبل پزشکی ۲۰۲۶ معرفی شدند؛ کنترل سلول‌های عصبی با نور

اسپانیا و پرتغال مقصد جدید اعضای هیئت علمی برای فرصت‌ مطالعاتی

توافق مجلس و شورای عالی انقلاب فرهنگی برای بررسی سهمیه‌های کنکور

ثبت نام در رشته‌های بدون آزمون‌ کنکور ۱۴۰۵ آغاز شد

دیار: نخستین همکاری شهرام ناظری و تهمورس پورناظری

تام کروز شکست فیلمش را نپذیرفت

دیوارنگاره میدان جهاد به رنگ پایتخت درآمد

علت لغو کنسرت علیرضا قربانی در شاندیز چه بود؟

پیشنهاد برای ساخت فصل دوم سریال «اکسیر»؛ بازخورد خوبی گرفتیم

کمک اربعین به بازتولید حافظه تاریخی مقاومت و سرمایه اجتماعی فراملیتی

ضرورت انتقال پژوهش‌های علمی هیئات از دانشگاه به هیئت

دوازدهمین شماره «خردورزی» با پرونده‌ای درباره نسل نو منتشر شد

جستارهایی در فلسفه علوم حکمی کتاب شد

آغاز انتخاب رشته کنکور ۱۴۰۵؛ لزوم دریافت رسید انتخاب رشته

شانس‌های جایزه نوبل فیزیک کدامند؟

مطالبات دانشجویان دانشگاه الزهرا(س) در نشست با مسئولان بررسی شد

هوش مصنوعی کسب وکار یابندگان باگ های نرم افزاری را کساد کرد

وجه مغفول شخصیت شهید سید حسن نصرالله امامت اوست

آمادگی ۴۰ کشور برای حضور در مسابقات بین‌المللی قرآن

سید حسن نصرالله رهبران جنبش‌های آزادی‌بخش را تحت‌تأثیر قرار داد

تمدید مهلت ثبت‌نام دومین آزمون بسندگی زبان فارسی ویژه دانشجویان خارجی

اسامی ‌معرفی‌شدگان رشته‌های خاص آزمون کاردانی به کارشناسی اعلام شد

تفاهم‌نامه چهارجانبه طرح رداکارت دانشجویان فردا ۱۴ مهر امضاء می‌شود

گامی تازه در توسعه آموزش بین‌المللی؛ مجتمع آموزشی بین‌المللی حکیم با افتتاح ساختمان جدید به ۷ شعبه رسید

فراخوان بورس ویژه هنگ‌کنگ برای دانشجویان دکتری منتشر شد

نحوه انتخاب رشته‌های بدون آزمون در کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

سامانه راهنمای انتخاب رشته مجازی کنکور ۱۴۰۵ در دسترس قرار گرفت

تعیین تکلیف بدهی وام‌های دانشجویی پس از پایان سنوات مجاز تحصیلی

تقدیر از برگزیدگان سومین همایش علمی هیئت‌ در سالروز ولادت حضرت زینب(س)

آیت‌الله رشاد: خروج آمریکا از عراق باید برای مسئولان درس عبرت باشد

خاموشی: وقت عبور از برنامه‌محوری به اثرمحوری در فعالیت‌های فرهنگی است

واکاوی اندیشه امام شهید در باب امت واحده

ارائه مقالاتی از کشورهای مختلف در نشست اربعین، گفتمان مقاومت

«بی‌نام» روایتگر مفاهیمی از معنویت؛ تئاتری که زندانی آزاد می‌کند!

«اشراق» شنیدنی شد؛ بیان موسیقی ایرانی با امکانات موسیقی عربی!

موسیقی اعتراضی در آمریکا: رئیس جمهورِ من یک جنایتکار است!

سید حسن نصرالله مقاومت را مسیر پیشرفت و عزت بشریت می‌دانست

ناشنوایان فعال اربعینی در همایش ملی «قهرمانان سکوت» تجلیل شدند

جنگ‌ها و تحولات اخیر به کتاب‌های درسی نهم و یازدهم رسید

خانه فرهنگ در خوابگاه‌های دانشگاه فرهنگیان راه‌اندازی می‌شود

بازگشت معتمدآریا و یک یادآوری درباره حفظ حرمت سرزمین مادری

چه خبر از گیشه سینماها؟ فروش سینماها رو به افزایش است

فیلم نماینده ایران در اسکار انتخاب شد

سمپوزیوم راهکارهای قرآنی برای حل مشکلات تمدن معاصر

الگوی قرآن برای حل اختلافات شدید خانوادگی چیست؟

مساجد ۳۲ استان به دنبال طراحی برنامه‌های قرآنی ویژه

بچه‌های مسجدی با حداقل امکانات، کارهای «نشد» را «شد» می‌کنند

حکمرانی فضای مجازی در پیچ تعدد نهادها؛ نمی‌توان دستوری حکمرانی کرد

وقتی امامزادگان در روزهای جنگ به کانون خدمت‌رسانی تبدیل شدند

ایرباس به فناوری «پوست کوسه» مجهز می‌شود

نوشته جالب در دانشگاه شهید بهشتی

اعتبار ردیف استخدامی ۴۶۵ نفر از فراخوان سال‌های ۱۴۰۰ تا ۱۴۰۴ تأمین شد

تمدید مهلت معرفی مشمولان پذیرفته‌شدگان آزمون دستیاری پزشکی تا ۳۰ مهر

لشکر پهپادهای زیر آبی چین رکورد زد

شرکت‌های فناوری درباره هوش مصنوعی با ترامپ چه توافقی کردند؟

اولویت‌های استادان برای سال تحصیلی پیش‌رو بررسی شد

اختصاص ۳۰ میلیارد تومان تسهیلات معاونت علمی به حوزه بازی‌های رایانه‌ای

برگزاری همایش ملی نخبگان لغو شد

تشریح جزئیات اجرای آیین‌نامه جذب استعدادهای برتر در دانشگاه فرهنگیان

سالن‌ مطالعه دو دانشکده مهندسی دانشگاه صنعتی امیرکبیر باز طراحی شد

ثبت نام آزمون بسندگی زبان فارسی ویژه دانشجویان بین‌الملل ۱۴۰۵ آغاز شد

۳۰۰ گروه و کانال فیشینگ در سکوهای خارجی فعالیت می‌کنند

برنامه مدارس اینستاگرام گسترده تر می شود

پارک فناوری دانشگاه تهران پلتفرم سرمایه گذاری مجازی راه اندازی کرد

حجت‌الاسلام قمی: زنجیره جنایت باید با خونخواهی رهبر شهید قطع شود

رونمایی از نخستین کیوسک نذر عتبات

برگزاری چهاردهمین کنگره ملی شعر فاطمی در سه زبان؛ توجه ویژه به نوقلمان

جزئیات چهارمین «همایش ایده‌پردازان قرآنی» اعلام شد

عالمان عصر صفوی چگونه به قدرت اجتماعی رسیدند؟

اعلام برنامه دروس خارج فقه مسئله محور اساتید حوزوی

زمان ثبت درخواست دانشگاه‌ها برای ایجاد رشته‌های جدید اعلام شد

امکان تحصیل بدون آزمون مدال‌آوران بازی‌های آسیایی ناگویا فراهم شد

اجازه نمی‌دهیم کسی به پرچم ایران اهانت کند

قالیباف: یا بازار نفت احمق است یا آمریکا دروغ می‌گوید+عکس

پرچم جمهوری اسلامی، محور وحدت و نماد ایستادگی در برابر بدخواهان است

ماه کاملِ امشب از تنگهٔ هرمز+عکس

مهلت ثبت‌نام آزمون اخذ پروانه وکالت مرکز وکلای قوه قضائیه تمدید شد

سهمیه بومی آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی سال ۱۴۰۵ اعلام شد

دانشگاه شریف در مسیر توسعه برق تجدیدپذیر؛ احداث و خرید نیروگاه

سامانه راهنمای انتخاب رشته مجازی کنکور ۱۴۰۵ در دسترس قرار گرفت

نحوه انتخاب رشته‌های بدون آزمون در کنکور ۱۴۰۵ اعلام شد

تعیین تکلیف بدهی وام‌های دانشجویی پس از پایان سنوات مجاز تحصیلی

تمدید مهلت معرفی مشمولان پذیرفته‌شدگان آزمون دستیاری پزشکی تا ۳۰ مهر

جنگ‌ها و تحولات اخیر به کتاب‌های درسی نهم و یازدهم رسید

گامی تازه در توسعه آموزش بین‌المللی؛ مجتمع آموزشی بین‌المللی حکیم با افتتاح ساختمان جدید به ۷ شعبه رسید

خانه فرهنگ در خوابگاه‌های دانشگاه فرهنگیان راه‌اندازی می‌شود

اولویت‌های استادان برای سال تحصیلی پیش‌رو بررسی شد

فراخوان بورس ویژه هنگ‌کنگ برای دانشجویان دکتری منتشر شد

چه خبر از گیشه سینماها؟ فروش سینماها رو به افزایش است

فیلم نماینده ایران در اسکار انتخاب شد

اعتبار ردیف استخدامی ۴۶۵ نفر از فراخوان سال‌های ۱۴۰۰ تا ۱۴۰۴ تأمین شد

حکمرانی فضای مجازی در پیچ تعدد نهادها؛ نمی‌توان دستوری حکمرانی کرد

سمپوزیوم راهکارهای قرآنی برای حل مشکلات تمدن معاصر

الگوی قرآن برای حل اختلافات شدید خانوادگی چیست؟

بازگشت معتمدآریا و یک یادآوری درباره حفظ حرمت سرزمین مادری

ایرباس به فناوری «پوست کوسه» مجهز می‌شود

ثبت نام آزمون بسندگی زبان فارسی ویژه دانشجویان بین‌الملل ۱۴۰۵ آغاز شد

ثبت نام در رشته‌های بدون آزمون‌ کنکور ۱۴۰۵ آغاز شد

۳۰۰ گروه و کانال فیشینگ در سکوهای خارجی فعالیت می‌کنند

تشریح جزئیات اجرای آیین‌نامه جذب استعدادهای برتر در دانشگاه فرهنگیان

وقتی امامزادگان در روزهای جنگ به کانون خدمت‌رسانی تبدیل شدند

واکاوی اندیشه امام شهید در باب امت واحده

آیت‌الله رشاد: خروج آمریکا از عراق باید برای مسئولان درس عبرت باشد

ارائه مقالاتی از کشورهای مختلف در نشست اربعین، گفتمان مقاومت

برگزاری همایش ملی نخبگان لغو شد

اختصاص ۳۰ میلیارد تومان تسهیلات معاونت علمی به حوزه بازی‌های رایانه‌ای

مساجد ۳۲ استان به دنبال طراحی برنامه‌های قرآنی ویژه

خاموشی: وقت عبور از برنامه‌محوری به اثرمحوری در فعالیت‌های فرهنگی است

سالن‌ مطالعه دو دانشکده مهندسی دانشگاه صنعتی امیرکبیر باز طراحی شد