تولید هیدروژن به کمک نور خورشید

به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، هم‌اکنون بیش از 85 درصد تولید و مصرف انرژی در دنیا، مبتنی بر انرژی‌های تجدیدناپذیر نظیر سوخت‌های فسیلی است. یکی از محصولات احتراق سوخت‌های فسیلی، گاز دی‌اکسیدکربن است که منجر به بروز مشکلات زیست‌محیطی ازجمله گرمایش زمین می‌شود. با توجه به محدود بودن این منابع سوختی و معایب ناشی از مصرف آن‌ها، توجه به انرژی‌های تجدیدپذیر و بی‌پایان نظیر انرژی خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار شده است.

به گفته‌ دکتر عمران مرادلو پژوهشگر دانشگاه الزهرا، هیدروژن یکی از حامل‌های انرژی پاک است که می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شود. این سوخت پاک می‌تواند افزون بر استفاده به‌عنوان سوخت، در خودروهای هیدروژنی و الکتریکی مبتنی بر پیل‌های سوختی، در صنایع دیگر ازجمله صنعت برق و نیروگاه‌های سیکل ترکیبی به‌عنوان خنک‌کننده ژنراتورها، در تولید آمونیاک یا در هیدروژناسیون ترکیبات غیراشباع هیدروکربنی به کار گرفته شود.

وی در ادامه به معرفی تحقیق انجام شده پرداخت و عنوان کرد: مهم‌ترین نکته در تولید هیدروژن، کاربرد روش‌های کاملاً سازگار با محیط‌زیست است تا بتوان هیدروژن را به‌عنوان سوخت پاک مطرح کرد. یکی از این روش‌ها، روش فتوالکتروشیمیایی است که اخیراً موردتوجه محققان قرار گرفته است. در این روش هیدروژن را می‌توان با استفاده از شکافت آب روی یک فتوالکتروکاتالیست مناسب و از طریق برخورد نور خورشید بر سطح کاتالیست تولید کرد. بدین منظور، در پژوهش اخیر، نانوفتوالکتروکاتالیستی از اکسید آهن (هماتیت) و نقاط کوانتومی کربن طراحی و جهت تولید هیدروژن استفاده شده است.

مرادلو درباره دلیل انتخاب هماتیت به‌عنوان کاتالیست و اصلاح آن توسط نقاط کوانتومی گفت: هماتیت ترکیب ارزانی است، ولی بازدهی آن پایین است. لذا، ما با استفاده از نقاط کوانتومی کربن، اقدام به نانوساختارسازی هماتیت با سنتز هماتیت - نقاط کوانتومی کربن (CQD@α-Fe2O3) کردیم. این عمل باعث کاهش اندازه‌ ذرات هماتیت، غلبه بر محدودیت طول نفوذ کم حامل‌های بار درون ساختار هماتیت و درنهایت افزایش ده برابری بازدهی آن شده‌ است.

گفتنی است که در این طرح برای مشخصه‌یابی فتوالکتروکاتالیست سنتز شده‌ هماتیت - کربن کوانتوم دات (CQD@α-Fe2O3) از روش‌هایی نظیر FE-SEM، HRTEM، XRD و XPS استفاده شده است. همچنین برای بررسی رفتار فتوالکتروشیمیایی و میزان هیدروژن تولیدی بر روی فتوالکتروکاتالیست از آزمون‌های الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری، آمپرومتری و امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شده است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر عمران مرادلو عضو هیئت‌علمی گروه شیمی دانشگاه الزهرا، زینب ربیعی، کارشناس ارشد شیمی تجزیه از این دانشگاه و همکارانشان از دانشگاه حکیم سبزواری و دانشگاه صنعتی تگزاس آمریکا است. نتایج این کار در مجله‌ Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر 9.45 (جلد 227، سال 2018، صفحات 178 تا 189) منتشر شده است./