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.

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

کلید اولیه آزمون دستیاری پزشکی امروز منتشر می‌شود

اتحادیه اروپا گوگل را ۸۹۰ میلیون یورو جریمه کرد

سیزدهمین پرتاب استارشیپ موفقیت آمیز بود

رویداد «معماری نوین حکمرانی علم و فناوری کشور» آغاز بکار کرد

آغاز همکاری مشترک برای تدوین سند ملی صلاحیت حرفه‌ای ICT

۳۵۰ پرونده دانشگاه پیام‌نور در دیوان عدالت اداری بررسی شد

ضرورت تدوین استانداردهای تازه برای خدمات پزشکی پیشرفته

تصمیم‌گیری درباره حضوری شدن دوره کارشناسی با شورای عالی امنیت ملی است

عزای عمومی برای مردی که خاطره‌ مشترک میلیون‌ها ایرانی بود

مرحله غیرمتمرکز المپیاد علمی دانشجویی کشور برگزار شد

آغاز حضوری سال تحصیلی جدید/آمادگی دانشگاه‌ها برای سناریوهای مختلف

معیارهای جدید هم‌ترازی رشته‌های دانشگاهی برای استخدام ابلاغ شد

پشتیبانی دکترتو تهران چگونه است؟

رقابت ۱۷ هزار داوطلب در پنجاه و سومین دوره آزمون دستیاری پزشکی آغاز شد

تصویری از ابابیل ۳ در آسمان کویت

امنیت ایران با صلح تحمیلی معامله‌ پذیر نیست

فروش بدون کارمزد خودرو در استان‌های درگیر جنگ

کشف یک مولکول ناشناخته روی قمر زحل و پلوتو که دانشمندان توضیحی برای آن ندارند

جزئیات ترم تابستانی دانشگاه خوارزمی اعلام شد

دانشگاه صنعتی امیرکبیر در جایگاه سوم رتبه بندی بنیاد ملی نخبگان

تفاهم دانشگاه شهید بهشتی با بانک برای پرداخت تسهیلات مسکن

فرانسه شبکه‌های اجتماعی را برای کودکان ممنوع می‌کند

معیارهای جدید هم‌ترازی رشته‌های دانشگاهی برای استخدام ابلاغ شد

رشد استقبال از آزمون دستیاری در سال‌های اخیر

رهبر شهید بیش از حوزویان با نخبگان دانشگاهی دیدار داشتند

رقابت ۱۷ هزار داوطلب در پنجاه و سومین دوره آزمون دستیاری پزشکی آغاز شد

کلید اولیه آزمون دستیاری پزشکی امروز منتشر می‌شود

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

تصویری از برخاستن ستون دود در اربیل عراق

جزئیات برگزاری مصاحبه مجازی متأخرین دکتری ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد اعلام شد

اعزام ۴۷۴ معلم برگزیده به مدارس خارج از کشور

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

قیمت سامسونگ گلکسی و زد فولد گران می شود

کشف آنزیمی که می‌تواند پیری را معکوس کند

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

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

حافظه مکتوب ایران چگونه زنده می‌ماند؟

بعد از انفجار پیجرها، زندگی چگونه ادامه پیدا کرد؟

اعلام دستمزد طراحان صحنه و لباس تئاتر در سال ۱۴۰۵

پارادوکس در وقف، سودجویی ناشر و موزّع

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

رویداد «معماری نوین حکمرانی علم و فناوری کشور» آغاز بکار کرد

ترامپ انتقام جریمه گوگل را از اروپا می گیرد

بزرگداشت شیخ صفی‌الدین اردبیلی در فضای مجازی

چت جی پی تی در سراسر جهان مختل شد

وزیر آموزش و پرورش: کنکور به موقع برگزار می‌شود

خداحافظ آقای عبدی؛ دلمان برایتان تنگ می‌شود

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

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

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

عزای عمومی برای مردی که خاطره‌ مشترک میلیون‌ها ایرانی بود

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