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.

موشک اسپیس ایکس با ماه تصادف می‌کند

انتخاب واحد دانشگاه آزاد اسلامی از تاریخ ۲۴ مرداد آغاز می‌شود

کاهش ۵۰ درصدی خوردگی تجهیزات نیروگاهی با فناوری نانوحباب

توسعه دیپلماسی فناوری ایران و اتیوپی با محوریت صادرات دانش‌بنیان

مهلت ثبت‌نام آزمون‌های علوم پزشکی تا ۲۰ شهریور تمدید شد

کلید اولیه آزمون ارتقای دستیاری منتشر شد/ مشارکت ۹۶ درصدی دستیاران

عدم امکان ثبت درخواست صدور دانشنامه در تعطیلات تابستانی پیام نور

سهروردی به صراحت خود را احیاکننده «حکمت خسروانی ایرانی» قلمداد می کرد

بیعت زنان با زینب کبری؛ آغازِ احیای تمدنِ مهدوی به دستِ زن

تأکید اوقاف بر تسهیل فرآیندها برای توسعه پروژه‌های مذهبی و درمانی

شب شهدای میناب در اربعین/ پدر دو شهید: من از کربلا به کربلا آمدم

رئیس دانشگاه الزهرا کربلا: نهضت حسینی مرزهای طایفه‌ای را شکست داد

چسب زیستی الهام‌گرفته از صدف حسگرهای پوشیدنی را مقاوم‌تر کرد

نگاهی به سه قسمت ابتدایی یک سریال؛ وقتی همه کوریم!

اربعین ۱۴۰۵ با دو شعار مشترک امت اسلامی برگزار می‌شود

گوگل‌پلی ابزارهای تأیید سن را برای توسعه‌دهندگان گسترش می‌دهد

اسپیس ایکس ماهواره جاسوسی به مدار زمین برد

اربعین زیر پوشش ارتباطی/ از رومینگ تا اینترنت رایگان در مسیر زائران

محدودیت آموزش مجازی برای دانشجویان خارجی رفع می‌شود

ایران عضو سازمان جهانی همکاری هوش مصنوعی شد

تصویری از کلاهک خیبرشکن و فتاح سوار بر بوستر حاج قاسم

درخواست برای تفکیک زمان پذیرش رشته‌های بدون آزمون

زائران با سامانه هوشمند «هم موکب» دغدغه اسکان ندارند

راه‌اندازی «بازوی طریق» سامانه هوشمند خدمات‌ به زائران اربعین

مطالبه بزرگ امت اسلام در اربعین امسال خونخواهی قائد شهید است

مفاهیم نهج‌البلاغه را در پیاده‌روی اربعین ترویج کنیم

چه افرادی بدون آنکه به کربلا بروند زائر اباعبدالله هستند؟

مایک لی بازنشسته می‌شود؛ بیماری نمی‌گذارد فیلم بسازم

خنیاگران خیام با «مهرگان» آمدند؛ شنیدن ظرافت‌های موسیقی خراسان

«خورشید اربعین» در رادیو ورزش؛ همراهی با زائران در حماسه استقامت

آیین‌نامه جامع حمایت از دانشجویان توانخواه نهایی شد

سهم دانشجو از نرخ غذای دانشجویی مشخص شد

پیش ثبت‌نام ۸۱۰ هزار دانش‌آموز پایه هفتم

آموزش و پرورش با ۱۰۰ موکب، آماده خدمت‌رسانی به زائران اربعین است

روایت زائرانی که اربعین را از شرق ایران آغاز می‌کنند در کتاب «شاه است حسین»

پرچم‌هایی در پیاده روی اربعین که هنوز خون را به یاد دارند

تصویر کمتر دیده شده از آیت‌الله سیدمجتبی خامنه‌ای در نماز جمعه نصر

چالش‌های عکاسی طبیعت چیست؟ سید صابر امامی پاسخ می‌دهد

جزئیات شرکت در آزمون های دانشنامه و گواهینامه فوق تخصصی پزشکی تعیین شد

اصغر خلیلی مدیریت مجموعه تئاتر شهر را بر عهده گرفت

آلبوم جدید خواننده پاپ در راه است

اودیسه نولان در ایکس لو رفت؛ ایلان ماسک در برابر نولان

جزئیات آزمون‌های دانشنامه و گواهینامه تخصصی پزشکی را اینجا بخوانید

اجرای نزدیک به ۱۵ پروژه ملی در وزارت علوم پس از جنگ

۱۳۰ هزار فعالیت انجمن‌های علمی دانشجویی در کشور ثبت شدند

دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر مسیر شغلی خود را طراحی می‌کنند

مدیر ارشد اوپن ای آی به این شبکه اجتماعی معتاد شده بود

متا تحقیق درباره خطرات اینستاگرام برای نوجوانان را نادیده گرفت

پرتاب ۵ هزار ماهواره آمازون برای بهبود کیفیت اینترنت در جهان

تسهیلات ویژه دانشگاه آزاد برای اربعین امسال/ استقرار مواکب در ۵ مرز کشور

ثبت نام جذب دانش‌آموختگان دکتری در دانشگاه‌ها آغاز شد؛ ۲ شرط اصلی برای ورود

مشاور شورای آموزش پزشکی: ۲ متخلف آزمون دستیاری به مقامات قضایی تحویل داده شدند

«مردم نمایی» روایتی دیگر از ماجرای نیما تکیدو

حاج حسین ملک دارایی‌های فناپذیر را به میراثی تمدنی تبدیل کرد

پناهیان: بزرگ‌ترین تشییع‌های تاریخ مربوط به امامین انقلاب است

جستجوی حقیقت در مه‌آلودگی ابطال‌پذیری پوپر/سطحی‌نگری در علوم انسانی

جزئیات برگزاری مصاحبه مجازی متأخرین دکتری ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد اعلام شد

قیمت سامسونگ گلکسی و زد فولد گران می شود

خبر مصوبه شورای عالی فضای مجازی برای برخورد با بلاگرها تکذیب شد

رشد استقبال از آزمون دستیاری در سال‌های اخیر

‏ تصویری از تابوت استاد مرحوم اکبر عبدی

پارادوکس در وقف، سودجویی ناشر و موزّع

فانتزی‌ که به شاهنامه تکیه زده است/ احیای حماسه در ادبیات فانتزی ایران

رمان دینی باید افراد معاند و خاکستری را هم پای کتاب بنشاند

بعد از انفجار پیجرها، زندگی چگونه ادامه پیدا کرد؟

حافظه مکتوب ایران چگونه زنده می‌ماند؟

بزرگداشت شیخ صفی‌الدین اردبیلی در فضای مجازی

صفحه رسمی سفارت آلمان در تهران شایعات تخلیه کارکنان این نمایندگی دیپلماتیک را تکذیب کرد

تصویری از برخاستن ستون دود در اربیل عراق

رهبر شهید بیش از حوزویان با نخبگان دانشگاهی دیدار داشتند

ترامپ انتقام جریمه گوگل را از اروپا می گیرد

خونخواهی رهبر شهید ادامه یک مطالبه تاریخی است؛ انتقام با بیشترین ضربه

اعلام دستمزد طراحان صحنه و لباس تئاتر در سال ۱۴۰۵

خالق فیلم معروف «ماسک» از دنیا رفت؛ جیم کری از همکاری با وی تشکر کرد

خداحافظ آقای عبدی؛ دلمان برایتان تنگ می‌شود

اعزام ۴۷۴ معلم برگزیده به مدارس خارج از کشور

وزیر آموزش و پرورش: کنکور به موقع برگزار می‌شود

کشف آنزیمی که می‌تواند پیری را معکوس کند

چت جی پی تی در سراسر جهان مختل شد

ثبت نام دانش آموختگان خارج از کشور در آزمون پیش کارورزی پزشکی آغاز شد

رشد استقبال از آزمون دستیاری در سال‌های اخیر

ثبت نام جذب دانش‌آموختگان دکتری در دانشگاه‌ها آغاز شد؛ ۲ شرط اصلی برای ورود

آیین‌نامه جامع حمایت از دانشجویان توانخواه نهایی شد

جزئیات برگزاری مصاحبه مجازی متأخرین دکتری ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد اعلام شد

مشاور شورای آموزش پزشکی: ۲ متخلف آزمون دستیاری به مقامات قضایی تحویل داده شدند

اصغر خلیلی مدیریت مجموعه تئاتر شهر را بر عهده گرفت

قیمت سامسونگ گلکسی و زد فولد گران می شود

تسهیلات ویژه دانشگاه آزاد برای اربعین امسال/ استقرار مواکب در ۵ مرز کشور

روایت زائرانی که اربعین را از شرق ایران آغاز می‌کنند در کتاب «شاه است حسین»

تصویر کمتر دیده شده از آیت‌الله سیدمجتبی خامنه‌ای در نماز جمعه نصر

آموزش و پرورش با ۱۰۰ موکب، آماده خدمت‌رسانی به زائران اربعین است

پیش ثبت‌نام ۸۱۰ هزار دانش‌آموز پایه هفتم

اودیسه نولان در ایکس لو رفت؛ ایلان ماسک در برابر نولان

خبر مصوبه شورای عالی فضای مجازی برای برخورد با بلاگرها تکذیب شد

اجرای نزدیک به ۱۵ پروژه ملی در وزارت علوم پس از جنگ

چالش‌های عکاسی طبیعت چیست؟ سید صابر امامی پاسخ می‌دهد

۱۳۰ هزار فعالیت انجمن‌های علمی دانشجویی در کشور ثبت شدند

متا تحقیق درباره خطرات اینستاگرام برای نوجوانان را نادیده گرفت

مدیر ارشد اوپن ای آی به این شبکه اجتماعی معتاد شده بود

درخواست برای تفکیک زمان پذیرش رشته‌های بدون آزمون

پرتاب ۵ هزار ماهواره آمازون برای بهبود کیفیت اینترنت در جهان

جزئیات شرکت در آزمون های دانشنامه و گواهینامه فوق تخصصی پزشکی تعیین شد

پرچم‌هایی در پیاده روی اربعین که هنوز خون را به یاد دارند

جزئیات آزمون‌های دانشنامه و گواهینامه تخصصی پزشکی را اینجا بخوانید

آلبوم جدید خواننده پاپ در راه است

دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر مسیر شغلی خود را طراحی می‌کنند

تصویری از کلاهک خیبرشکن و فتاح سوار بر بوستر حاج قاسم

سهم دانشجو از نرخ غذای دانشجویی مشخص شد

‏ تصویری از تابوت استاد مرحوم اکبر عبدی

پناهیان: بزرگ‌ترین تشییع‌های تاریخ مربوط به امامین انقلاب است