کد خبر: 172260
ف
 تبدیل نور خورشید به هیدروژن با کمک نانوساختارهای مهندسی‌شده ممکن شد
پژوهشگران دانشگاهی با همکاری مجموعه‌های فناور، سامانه‌ای را مبتنی بر نانو ساختارهای مهندسی شده توسعه دادند که امکان بازده جذب نور را فراهم کردند و این دستاورد می‌تواند یکی از چالش‌های اصلی تولید هیدروژن خورشیدی، یعنی افت عملکرد و ناپایداری مواد فعال را کاهش دهد.

به گزارش ثریا در جهانی که وابستگی به سوخت‌های فسیلی همچنان یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا، تغییرات اقلیمی و ناامنی انرژی به شمار می‌رود، یافتن روش‌هایی برای تولید سوخت پاک به یک ضرورت راهبردی تبدیل شده است. هیدروژن از جمله گزینه‌های امیدبخش در این مسیر است؛ زیرا هنگام مصرف تنها آب تولید می‌کند و می‌تواند در صنایع، حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی انرژی نقش مهمی داشته باشد. با این حال، تولید اقتصادی و کم‌هزینه هیدروژن همچنان یکی از چالش‌های مهم فناوری جهان است.

در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه اصفهان با همکاری دانشگاه صنعتی امیرکبیر، شرکت اپتیک نیرو در مرکز رشد دانشکده فنی‌وحرفه‌ای شمس‌پور، سامانه‌ای نوآورانه برای شکافت فتوالکتروشیمیایی آب طراحی کرده‌اند که می‌تواند گامی مؤثر در مسیر تولید هیدروژن خورشیدی باشد.

این فناوران در گامی مهم برای توسعه انرژی‌های پاک، موفق به طراحی فوتوآندی پیشرفته برای شکافت فتوالکتروشیمیایی آب شدند؛ سامانه‌ای که با بهره‌گیری از نانوساختار «اپال معکوس» در دی‌اکسید تیتانیوم و ماده پروسکایتی CsPbBr۳، توانسته هم بازده جذب نور را افزایش دهد و هم پایداری دستگاه را در محیط آبی بهبود بخشد. این دستاورد می‌تواند یکی از چالش‌های اصلی تولید هیدروژن خورشیدی، یعنی افت عملکرد و ناپایداری مواد فعال را کاهش دهد. در این طرح همچنین از یک لایه کربنی رسانا شامل کربن بلک، گرافیت و تونر بازیافتی استفاده شده که ضمن کاهش هزینه، دوام سامانه را نیز بالا برده است. ثبت چگالی جریان نوری ۷٫۲۸ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع بدون استفاده از هم‌کاتالیست، نشان می‌دهد این فناوری ظرفیت ورود به نسل آینده سامانه‌های تولید سوخت سبز را دارد.

در این روش، نور خورشید برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌شود. قلب این سامانه، فوتوآند یا الکترود نوری است؛ قطعه‌ای که نور را جذب کرده و بارهای الکتریکی لازم برای انجام واکنش را فراهم می‌کند. هرچه این بخش کارآمدتر و پایدارتر باشد، امکان تولید هیدروژن با بازده بالاتر فراهم می‌شود.

پژوهشگران در این پروژه از ترکیب CsPbBr۳، نوعی پروسکایت هالیدی غیرآلی، استفاده کرده‌اند. این ماده به دلیل قیمت نسبتاً پایین، قابلیت ساخت در دمای محیط، امکان تنظیم گاف انرژی و توان مناسب در انتقال حامل‌های بار، در سال‌های اخیر توجه زیادی را جلب کرده است. با این حال، فیلم‌های نازک این ماده در جذب کامل نور، به‌ویژه در مرز طول موج‌های جذب، محدودیت دارند و در محیط‌های آبی نیز دوام آن‌ها چالش‌برانگیز است.

نقطه اصلی نوآوری این پژوهش در بخش نانویی آن نهفته است؛ جایی که دانشمندان از لایه نانوساختار دی‌اکسید تیتانیوم با معماری اپال معکوس استفاده کرده‌اند. اپال معکوس ساختاری سه‌بعدی با حفره‌های منظم در مقیاس نانو است که می‌تواند نور را پراکنده کند و درون ماده به دام اندازد. این ویژگی سبب می‌شود فوتون‌های بیشتری جذب شوند و بازده تبدیل انرژی افزایش یابد.

به بیان ساده، این ساختار نانویی مانند تالاری پر از آینه برای نور عمل می‌کند؛ نور بارها درون ساختار بازتاب می‌شود و فرصت بیشتری برای جذب توسط لایه پروسکایتی پیدا می‌کند. همین مسئله یکی از دلایل اصلی افزایش عملکرد سامانه بوده است.

افزون بر این، لایه اپال معکوس TiO۲ تنها نقش نوری ندارد، بلکه مانند داربستی برای جمع‌آوری و انتقال الکترون‌ها نیز عمل می‌کند. در سامانه‌های فتوالکتروشیمیایی، اگر بارهای الکتریکی به‌سرعت جدا و منتقل نشوند، پیش از انجام واکنش از بین می‌روند. ساختار نانویی طراحی‌شده مسیر حرکت الکترون‌ها را کوتاه‌تر کرده و بازترکیب بارها را کاهش می‌دهد. نتیجه این فرایند، افزایش راندمان جداسازی بار و تولید جریان نوری بیشتر است.

پژوهشگران برای رفع مشکل ناپایداری پروسکایت در تماس با الکترولیت آبی، راهکار دیگری نیز ارائه کرده‌اند. آن‌ها یک لایه محافظ و رسانا از جوهر کربنی شامل کربن بلک، گرافیت و تونر کربنی بازیافتی را روی سطح پروسکایت قرار دادند. این لایه هم به حفاظت از ماده فعال کمک می‌کند و هم انتقال بار از الکترود به محلول را بهبود می‌بخشد. استفاده از مواد بازیافتی در این بخش نیز می‌تواند هزینه نهایی فناوری را کاهش دهد؛ اتفاقی نادر در جهانی که معمولاً فناوری‌های سبز را گران می‌سازند و بعد از مردم انتظار تشویق دارند.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد بهترین نمونه ساخته‌شده با آرایش شیشه/FTO/TiO۲ فشرده/TiO۲ مزوحفره‌ای/TiO۲ اپال معکوس/CsPbBr۳/C توانسته به چگالی جریان نوری ۷٫۲۸ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع در ولتاژ ۱٫۲۳ ولت نسبت به الکترود هیدروژن برگشت‌پذیر دست یابد. این مقدار بدون استفاده از هم‌کاتالیست به دست آمده است؛ موضوعی که اهمیت اقتصادی و فناورانه این دستاورد را افزایش می‌دهد. همچنین این سامانه توانست عملکرد خود را به مدت ۱۰ هزار ثانیه در شرایط pH خنثی حفظ کند؛ نکته‌ای مهم، زیرا بسیاری از فوتوآندهای پروسکایتی در مدت کوتاهی دچار افت عملکرد می‌شوند.

بررسی‌های تکمیلی با روش‌های طیف‌سنجی فوتولومینسانس و امپدانس الکتروشیمیایی نیز نشان داد حضور ساختار نانویی اپال معکوس، جداسازی بار و انتقال الکترون را به شکل محسوسی بهبود داده است. به عبارت دیگر، این نانوساختار نه‌تنها نور بیشتری جذب می‌کند، بلکه از همان نور نیز هوشمندانه‌تر استفاده می‌کند؛ رفتاری که برای بسیاری از سامانه‌های انسانی هم آرزویی دست‌نیافتنی است.

اهمیت این پروژه فراتر از یک نتیجه آزمایشگاهی است. اگر چنین فناوری‌هایی به مقیاس صنعتی برسند، می‌توان از نور خورشید برای تولید هیدروژن پاک با هزینه کمتر استفاده کرد؛ سوختی که می‌تواند در نیروگاه‌ها، خودروهای پیل سوختی و صنایع انرژی‌بر به کار گرفته شود.

این پژوهش نشان می‌دهد ترکیب مواد نوظهور پروسکایتی با مهندسی نانوساختارها می‌تواند راه تازه‌ای برای توسعه سامانه‌های انرژی پاک بگشاید. دستاورد محققان دانشگاه اصفهان و همکارانشان نمونه‌ای روشن از آن است که فناوری نانو چگونه می‌تواند از مقیاس اتم و نانومتر، بر مسئله‌ای به بزرگی بحران انرژی جهان اثر بگذارد.

منبع: ایسنا


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.

شکوه دعای امروز عرفه در مسجد مقدس جمکران

متن تشکر سید مجید موسوی از مهدی رسولی+عکس

پیرمرد بیرجرندی در اوج طوفان پرچم ایران را بر زمین نینداخت

«تیرانداز زبردست» با استقبال کودکان و نوجوانان به چاپ دوم رسید

تارا و رؤیای داشتن یک تلفن همراه شخصی

رمان «فرار از زنگ ورزش» برای نوجوانان منتشر شد

قصه گویی یک اسباب‌بازی ارزان اما اثرگذار برای کودکان

ارسطوی پایتخت با یک سریال جدید به شبکه یک آمد

جناب خان و الیکا عبدالرزاقی به آنتن تلویزیون برگشتند

اسلام‌هراسی علیه زنان محجبه در اروپای سال ۲۰۲۵ افزایش یافته است

عدالت و پیشرفت در نگاه شهید لاریجانی چگونه بود؟

بازتاب گسترده پیام رهبر انقلاب به مناسبت برگزاری حج در رسانه‌های بین المللی

شرایط تغییر مدرسه در مرداد و شهریور اعلام شد

درخواست رئیس جمهور: زمینه حضور اساتید برجسته برای انتقال آموزش‌های نوین فراهم شود

آیین‌نامه «توسعه مشارکت‌های مردمی از طریق تشکیل هیئت امنا در مدارس دولتی» تصویب شد

آگهی/ خرید قسطی طلای آب شده تا سقف ۱۰۰ میلیون تومان از وال گلد

این دعای عرفه را بخوانید تا ببینید چرا پدران ما قرن‌هاست حسین حسین (ع) می‌گویند

روزه گرفتن در روز عرفه چه حکمی دارد؟

توصیه آیت الله جوادی آملی برای انجام این عمل در روز عرفه

از ظهر تا غروب عرفه؛ این ساعت‌ها را از دست ندهید

آمار ثبت نام در کنکور ۱۴۰۵ به حدود یک میلیون نفر رسید

جریمه چند میلیون دلاری و سنگین در انتظار گوگل در اروپا

رئیس‌جمهور مصوبه بازگشایی اینترنت بین‌الملل را ابلاغ کرد

صفحه اینترنت پرو از سایت همراه اول حذف شد+عکس

روایت وزیر ارتباطات از بازگشایی اینترنت

۵۰ برج فناوری احداث می‌شوند: ۳ دانشگاه پایلوت زیست بومی نوآوری می‌شود

«سعی صفا و مروه» در حج نماد چیست؟

افزایش پذیرش دانشجوی شهریه‌پرداز در دانشگاه تربیت مدرس

تائید ۱۲ رئیس دانشگاه و رئیس شهرک علمی صنعتی اصفهان

جزئیات برگزاری امتحانات و کلاس‌های دانشگاه تربیت مدرس و علم و صنعت اعلام شد

کلاس‌های دانشگاه شریف تا اطلاع ثانوی مجازی شد

کارمند گوگل در پی اعتراض به همکاری با رژیم صهیونیستی اخراج شد

مصوبات مهم جلسه ستاد فضای مجازی درباره وضعیت اینترنت اعلام شد

۱۷ هزار نسخه خطی کم‌نظیر و در معرض خطر دیجیتال سازی شد

«آدم با صدای بلند برای فرزندانش گریست» کتاب شد

کتاب‌هایی خواندنی برای بچه‌های ایران

فروش فیلم جدید اصغر فرهادی در فرانسه چقدر است؟

اگر خرمشهر آزاد نشده بود چه اتفاقی می‌افتاد؟

پیام آیت‌الله نوری همدانی به مناسبت چهل و چهارمین سالگرد تأسیس دانشگاه آزاد اسلامی

دیگر اثری از بخارهای قمر مشتری نیست

الهام پاوه نژاد برای سالروز آزادسازی خرمشهر نوشت+عکس

شما بودید که شرف را معنا کردید +عکس

محسن شریفیان به مدرسه میناب رفت+عکس

«مثلی لا یبایع مثله» شعار اربعین حسینی امسال شد

راهکارهای مدیریت اضطراب دانش‌آموزان در روزهای امتحان چگونه است؟

امتحانات نهایی دانش‌آموزان مجازی می‌شود؟

عملیات بیت‌المقدس در ۲۰ کتاب درسی ثبت می‌شود

امام باقر (ع) احیاگر مرجعیت علمی اهل‌ بیت و پیشگام مبارزه با تحریف دین

یک ماهواره جاسوسی در فضا شناسایی شد

تمدید مهلت ثبت مهمانی و نقل و انتقال دانشجویان تا ۸ خرداد

ارتقای خدمات خوابگاهی دانشگاه تهران همزمان با آغاز اسکان دانشجویان

تمهیدات جدید آموزشی در دانشگاه‌ علم و صنعت اعلام شد

جزئیات امتحانات و کلاس‌های ترم دوم در چند دانشگاه کشور اعلام شد

بدرقه عاصم منیر توسط سید عباس عراقچی با یک تصویر خاص

پاسخ یحیی گل‌محمدی به یاوه گویی ترامپ +عکس

اعتراف غم انگیز نویسنده برنده جایزه نوبل ادبیات درباره استفاده از هوش مصنوعی

نمایشگاه کتاب تهران تمدید شد

نگاهی به حقوق فرزندان در آینه تربیت الهی

توصیه امام باقر (ع) برای اصلاح جامعه چه بود؟

رباتی که امید را به کودکان مبتلا به ام اس بازگرداند

ربات‌های انسان‌نما در مزارع چین مشغول به کار شدند+عکس

موشک «نیو گلن» پس از سانحه دوباره مجوز پرتاب گرفت

قلمرو مه‌آلود یک ستاره در حال مرگ رصد شد

فرمانده اولین پرواز انسانی به مریخ یک میلیاردر است+عکس

علت زنگ نزدن طلا کشف شد

استرس خاطرات شما را نابود می‌کند

مهلت ثبت نام کنکور سراسری ۱۴۰۵ تمدید شد

«اردیبهشت کتاب» به دلیل استقبال گسترده مردم تا جمعه ۸ خرداد تمدید شد

بهترین‌های جشنواره کن از نظر منتقدان/ فیلم اصغر فرهادی کجاست؟

چرا برنامه شهیدی‌فرد در میان پربازدیدهای تلویزیون نبود؟

شعار دهه امامت و ولایت اعلام شد: غدیر، میثاق امت با ولایت

آغاز ثبت‌نام پانزدهمین دوره ارزیابی تخصصی قاریان و مدرسان قرآن کریم

حجت الاسلام پناهیان: مردم پس از میدان سراغ میز مدیران خواهند رفت

ثبت نام یک میلیون و ۱۸۷ هزار دانش آموز کلاس اولی آغاز شد

آغاز سال تحصیلی آینده و اجرای موفق پروژه مهر دغدغه اصلی آموزش و پرورش

کلاس‌های تحصیلات تکمیلی دانشگاه شریف از این تاریخ حضوری می‌شود

تأملی پیرامون دانشگاه آزاد در میانه تحولات اخیر کشور

ثبت نام بیش از ۵۷۰ هزار نفر در کنکور ۱۴۰۵ و آزمون دانشجومعلم

شرایط اسکان‌ دانشجویان دانشگاه تهران‌ چیست؟ اینجا بخوانید

فعالیت شرکت تاکسی خودران وایمو در یک شهر دیگر تعلیق شد

جزئیات امتحانات و کلاس‌های ترم دوم در چند دانشگاه کشور اعلام شد

ارائه راهکارهای شبکه سازی با نخبگان خارج از کشور

تکذیب اعلام زمان برگزاری آزمون سراسری یک هفته پیش از امتحانات نهایی تکذیب شد

ارتقای خدمات خوابگاهی دانشگاه تهران همزمان با آغاز اسکان دانشجویان

مهلت انتخاب رشته کاردانی مهارتی تمدید شد

بدرقه عاصم منیر توسط سید عباس عراقچی با یک تصویر خاص

تغییرات تقویم آزمون‌های علوم پزشکی سال ۱۴۰۵ اعلام شد

آخرین وضعیت برگزاری کنکور سراسری و کارشناسی ارشد در سال ۱۴۰۵

بازخوانی حکمت صدرایی توسط جمعی از فلاسفه به صورت مجازی

حجت الاسلام پناهیان: مردم پس از میدان سراغ میز مدیران خواهند رفت

تمهیدات جدید آموزشی در دانشگاه‌ علم و صنعت اعلام شد

سمعک‌های جدید می‌توانند سینگال‌های مغز را بخوانند

کلاس‌های تحصیلات تکمیلی دانشگاه تهران حضوری شد

یک ماهواره جاسوسی در فضا شناسایی شد

۴۰ شرکت دانش بنیان در جنگ‌ تحمیلی سوم به صورت کامل تخریب شد

پیام آیت‌الله نوری همدانی به مناسبت چهل و چهارمین سالگرد تأسیس دانشگاه آزاد اسلامی

آغاز ثبت‌نام پانزدهمین دوره ارزیابی تخصصی قاریان و مدرسان قرآن کریم

شما بودید که شرف را معنا کردید +عکس

الهام پاوه نژاد برای سالروز آزادسازی خرمشهر نوشت+عکس

این بازی ویدئویی قابلیت تشخیص افسردگی شدید را دارد

دیگر اثری از بخارهای قمر مشتری نیست

ثبت نام بیش از ۵۷۰ هزار نفر در کنکور ۱۴۰۵ و آزمون دانشجومعلم

آنچه در این هفته گذشت و واکنش به مجریان اسلحه به دست تلویزیون

وقتی کتاب کنج خلوتی برای برای خانواده‌های آسیب‌دیده از جنگ شد

چرا برنامه شهیدی‌فرد در میان پربازدیدهای تلویزیون نبود؟

یک مستند از سقوط هواپیمای آمریکایی در اصفهان ساخته می‌شود

علت زنگ نزدن طلا کشف شد

تمدید مهلت ثبت مهمانی و نقل و انتقال دانشجویان تا ۸ خرداد

پرویز خرسند اولین سردبیر هفته نامه سروش دار فانی را وداع گفت

تصویری از ملاقات مهران غفوریان با اکبر عبدی در بیمارستان