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.

اهمیت آموزش اخلاق و رفتار حرفه‌ای در محیط دانشگاه به پزشکان جوان

تأکید بر حمایت از ظرفیت‌های بومی امنیت سایبری

لزوم متناسب‌سازی مستمر آموزش علوم پزشکی با نیازهای نظام سلامت

تصویر/فراز مهم پیام رهبر انقلاب

۲ پهپاد لوکاس غنیمت گرفته شدهٔ دشمن آمریکایی توسط سپاه+عکس

آزمون وکالت کانون‌ وکلای دادگستری ۱۴۰۵ با حضور ۱۰۱ هزار نفر برگزار شد

دانش‌آموزان ایران پای آرمان‌های انقلاب و دفاع از وطن ایستاده‌اند

اخذ مجوز استخدام ۹ معلم بازمانده حادثه دبستان شجره طیبه میناب

فوتبال از مدرسه تا تیم ملی؛ وعده تازه برای کشف استعداد در دانش‌آموزان

ایلان ماسک اسپیس ایکس و تسلا را ادغام می‌کند؟

ترامپ اورکل را وادار به عقب نشینی از قرارداد با تراشه ساز چینی کرد

تصمیم جدید وزارت علوم درباره درخواست دانشگاه‌ها برای ایجاد رشته جدید

با وجود تحریم‌ها، تجهیزات کوانتومی بومی در حال ساخت است

وام تحصیلی این دانشجویان ۵۰ درصد افزایش می‌یابد

تغییر و به‌روزرسانی ۵۰ تا ۷۰ درصدی رشته‌های کشاورزی

گوگل به مدارس هشدار داد

دختران ایرانی در جستجوی «خود»؛ هویت در میدان کشمکش سنت و مدرنیته

روز مبارزه با استکبار، روز به خاک مالیدن پوزه قلدران وحشی خواهد شد

قرآن از راز ماندگاری قدرت فرعون می‌گوید

آغاز کار نگارش جلد دوم مجموعه چهار جلدی «کربن‌شناسی»

آیا بانک‌ها برای خلق پول به مجوز فقهی نیاز دارند؟

مسجد باید میدان‌دار اصلی فعالیت‌های قرآنی جامعه شود

وام تحصیلی دانشجویان برتر، ممتاز و متأهل ۵۰ درصد افزایش می‌یابد

ثبت‌نام وام‌های تحصیلی و ودیعه مسکن متأهلی دانشجویان شروع شد

اعلام فهرست رشته‌های پذیرش مستقیم دستیاری تخصصی از بین پزشکان عمومی

وزیر علوم: پیوند دانش و فناوری، قدرت ملی را افزایش می‌دهد

مسئولیت شرعی والدین در قبال نیازهای فرزندان امروز چیست؟

موج جدید هک سوپرمارکت‌های اروپا

سرلشکر رضایی: ملت ایران شکست بزرگی را به ترامپ تحمیل کرد

واکنش کاخ سفید پس از شکست جمهوری‌خواهان در انتخابات میان‌دوره‌ای+عکس

شکار پهپادهای آمریکایی سوژه توییت سخنگوی سپاه+عکس

پاسخ صمیمانه فرمانده نیروی دریایی سپاه به نامه دختران جهادگر مازندرانی+عکس

بت ترامپ با شکست در جنگ با ایران ترک برداشت+عکس

زلزلهٔ ۳.۱ ریشتری در عمق ۱۵ کیلومتری زمین، بیرم فارس را لرزاند

انتخابات میان‌دوره‌ای آمریکا و ضربه سیاسی بزرگ به دونالد ترامپ

کنایه سفارت ایران در لندن به ترامپ پس از شکست انتخاباتی +عکس

تب هوش مصنوعی در شرکت‌ها هم داغ شد

علت فوت حمید علیدوستی چه بود؟

داروهایی که به نفع ویروس‌ عمل می‌کند و سلامت بیمار را به خطر می‌اندازد

کشف یک جرم مرموز در لبه منظومه شمسی توسط اخترشناسان

تصویر روز ناسا از شب در سیاره‌ای وهم‌انگیز

کنجکاوی کودک تا کجا باید درباره تلفن همراه والدین پیش برود؟

کتاب صوتی «پل‌های مدیسون کانتی» منتشر شد

چرا از قهرمانان فقط مدال‌هایشان را می‌بینیم؟

کتاب «هم‌سفیر» منتشر شد

ستاره اسکندری پس از هفت سال به صحنه تئاتر بازمی‌گردد

کمبود جدی فضای آموزشی در مناطق حاشیه‌ای و پرتراکم شهری

دانش‌آموزان قرآنی شایسته قدردانی هستند

چرا سریال «روشنایی شب» با واکنش رسانه صهیونیستی مواجه شد؟

محدودیت دسترسی به اطلاعات اسلحه‌ها برای نوجوانان در چت جی پی تی

ثبت‌نام آزمون انتخاب حسابدار رسمی سال ١۴۰۵ آغاز شد؛ اعلام زمان آزمون

تسهیلات جدید برای قبولی‌های ارشد و دکتری از سوی وزارت علوم

نمرات مردودی دانشجویان ورودی ۱۴۰۲ به بعد در معدل کل محاسبه نمی‌شود

تفکیک مسیر ارتقای اساتید علوم انسانی از رشته‌های مهندسی و کشاورزی

امکان ویرایش معدل و سهمیه در آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی فراهم شد

کلیداولیه آزمون دکتری تخصصی علوم پزشکی۱۴۰۵ منتشر شد

کد آیسیک چیست؟ راهنمای انتخاب و استعلام فعالیت اقتصادی | آرمیتاتکس

محرابی که در عید قربان تبریز به خون نشست؛ نخستین شهید محراب که بود؟

نمایشگاه جدید موزه «جستجوی ایران» افتتاح شد؛ بازخوانی ریشه‌های بحران هویت و گسست تاریخی

رمانی در ستایش قدیس مهربانی برنده جایزه بزرگ رمان آکادمی فرانسه شد

۱۷۳ هنرمند در جشنواره هنرهای تجسمی جوانان رقابت می‌کنند

تنوع دیدگاه‌ها معیار انتخاب در کارگاه نقاشی جشنواره تجسمی جوانان است

هومن کیایی و مجتبی رجبی‌معمار «داستان زندگی من» را روایت می‌کنند

فیلم‌های «بالاچ» و «سومری‌ها» اکران می‌شوند

معرفی اعضای هیئت انتخاب آثار جشنواره تئاتر خیابانی مریوان

تلاش برای کشف استعدادها؛ بخش بین‌المللی تئاتر نیاز به تقویت دارد

یک بازار سه روایت؛ بندرعباس در تهران تماشایی شد

متا خارج از دادگاه نوجوان شاکی را راضی به تسویه کرد

دانشگاه آزاد اسلامی در زمره ۱۰۰ دانشگاه‌ برتر جهان قرار دارد

اجرای طرح فروش حضوری و مجازی کتاب‌فروشی‌ها در «بازار کتاب»

لبیک نهادهای علمی به پیام رهبر انقلاب: برای خیزش علمی شتابان آماده‌ایم

نحوه دریافت ارز از دانشجویان خارجی اعلام شد

جزییات افزایش تسهیلات رفاهی دانشجویان علوم پزشکی؛ افزایش وام ازدواج

نوبت دوم آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی سال ۱۴۰۵ در ۳۳ رشته برگزار شد

ظرفیت پذیرش پزشکی و دندانپزشکی در سال ۱۴۰۶ تعیین شد

رونمایی از نرم‌افزار «ردا کارت» دانشجویی؛ زمان اجرا به زودی مشخص می‌شود

فرهنگستان علوم ظرفیت خود را برای تحقق خیزش علمی کشور به کار می‌گیرد

کنار رفتن «حجاب ابزار» برای مستندسازی یک فرصت است؛ فرا رفتن از گزارش

حریم خصوصی در فضای مجازی؛ انتشار پیام و تصویر دیگران شرعا جایز است؟

حجت‌الاسلام قمی: هیئت، سیاسی‌ترین و استکبارستیزترین محفل شیعه است

تسهیلات جدید برای قبولی‌های ارشد و دکتری از سوی وزارت علوم

ثبت‌نام آزمون انتخاب حسابدار رسمی سال ١۴۰۵ آغاز شد؛ اعلام زمان آزمون

تصویر روز ناسا از شب در سیاره‌ای وهم‌انگیز

کلیداولیه آزمون دکتری تخصصی علوم پزشکی۱۴۰۵ منتشر شد

کد آیسیک چیست؟ راهنمای انتخاب و استعلام فعالیت اقتصادی | آرمیتاتکس

امکان ویرایش معدل و سهمیه در آزمون کارشناسی ارشد علوم پزشکی فراهم شد

تفکیک مسیر ارتقای اساتید علوم انسانی از رشته‌های مهندسی و کشاورزی

یک بازار سه روایت؛ بندرعباس در تهران تماشایی شد

تب هوش مصنوعی در شرکت‌ها هم داغ شد

نمرات مردودی دانشجویان ورودی ۱۴۰۲ به بعد در معدل کل محاسبه نمی‌شود

علت فوت حمید علیدوستی چه بود؟

کمبود جدی فضای آموزشی در مناطق حاشیه‌ای و پرتراکم شهری

داروهایی که به نفع ویروس‌ عمل می‌کند و سلامت بیمار را به خطر می‌اندازد

دانشگاه آزاد اسلامی در زمره ۱۰۰ دانشگاه‌ برتر جهان قرار دارد

دانش‌آموزان قرآنی شایسته قدردانی هستند

ستاره اسکندری پس از هفت سال به صحنه تئاتر بازمی‌گردد

کتاب صوتی «پل‌های مدیسون کانتی» منتشر شد

چرا سریال «روشنایی شب» با واکنش رسانه صهیونیستی مواجه شد؟

آزمون وکالت کانون‌ وکلای دادگستری ۱۴۰۵ با حضور ۱۰۱ هزار نفر برگزار شد

کتاب «هم‌سفیر» منتشر شد

چرا از قهرمانان فقط مدال‌هایشان را می‌بینیم؟

محدودیت دسترسی به اطلاعات اسلحه‌ها برای نوجوانان در چت جی پی تی

هومن کیایی و مجتبی رجبی‌معمار «داستان زندگی من» را روایت می‌کنند

کشف یک جرم مرموز در لبه منظومه شمسی توسط اخترشناسان

کنجکاوی کودک تا کجا باید درباره تلفن همراه والدین پیش برود؟

متا خارج از دادگاه نوجوان شاکی را راضی به تسویه کرد

محرابی که در عید قربان تبریز به خون نشست؛ نخستین شهید محراب که بود؟

تلاش برای کشف استعدادها؛ بخش بین‌المللی تئاتر نیاز به تقویت دارد

اجرای طرح فروش حضوری و مجازی کتاب‌فروشی‌ها در «بازار کتاب»

فیلم‌های «بالاچ» و «سومری‌ها» اکران می‌شوند