تولید نانوساختار ستاره‌ای شکل شکستن مولکول‌های آب را سرعت بخشید

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، افزایش تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و مقابله با تغییرات اقلیمی یکی از اهداف مهم دانشمندان است، اما گلوگاه عمومی در این مسیر، پایین بودن کارایی سامانه‌های تولید و ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی است. یکی از راهکار‌های حل این مشکل، استفاده از هیدروژن است که برای این کار می‌توان از شکستن مولکول‌های آب استفاده کرد و هیدروژن را به‌صورت شیمیایی ذخیره نمود و در ادامه آن را مورد استفاده قرار داد.

محققان دانشگاه روتگر نشان دادند که می‌توان با استفاده از نانوذرات طلا، کارایی فتوکاتالیست‌ها را افزایش داد. نانوذرات مورد استفاده در این پروژه دارای پوششی از جنس دی‌اکسیدتیتانیم بوده و این نانوساختار‌های ستاره‌ای شکل قادراند از آب، هیدروژن تولید کنند که این کار با کارایی ۴ برابر بیشتر از روش‌های رایج انجام می‌شود.

دی‌اکسید‌تیتانیم ماده‌ای نیمه‌هادی و ایده‌آل برای تولید فتوکاتالیست بوده چرا که فراوان، ارزان و پایدار است. به دلیل باندگپ بزرگی که دارد، تنها تحت تابش فرابنفش می‌تواند واکنش شکستن آب را انجام دهد.

این گروه تحقیقاتی درصدد بهره‌برداری از مزیت‌های پلاسمونیک برآمده تا رزونانس پلاسمون سطحی را در این فناوری به کار ببرند. این رزونانس موجب می‌شود تا تشکیل الکترون‌های داغ افزایش یافته و خواص فتوکاتالیستی بهبود قابل توجهی پیدا کنند.

مدل‌سازی محققان نشان می‌دهد زمانی که تابش مادون قرمز و مرئی به نانوذرات ستاره‌ای شکل انجام می‌شود شدت میدان در نوک بخش ستاره‌ها افزایش می‌یابد؛ بنابراین تولید الکترون داغ در اثر تابش نور خورشید افزایش می‌یابد. این گروه بدون سورفاکتانت اقدام به تولید نانوستاره‌ها کرده و دی‌اکسیدتیتانیم را روی نانوذرات طلا به‌صورت مستقیم رشد دادند. با تنظیم ابعاد ستاره‌ها می‌توان باند رزونانس را در این ساختار تنظیم کرد.

در واقع در این ساختار ستاره‌ای شکل، به جای امواج فرابنفش، از طول موج‌های مرئی و مادون قرمز برای تولید الکترون برانگیخته استفاده می‌شود. این الکترون‌های برانگیخته شده در بخش فلز را می‌توان با کارایی بالا به بخش نیمه‌هادی منتقل کرد و از آن برای کاتالیز کردن واکنش استفاده نمود.

این گروه روشی ساده مبتنی بر راهبرد سل ژل برای تولید این ساختار ستاره‌ای شکل به کار بردند که در دمای پایین ذرات تولید می‌شوند.