محققان دانشگاه کارولینای شمالی در دپارتمان شیمی چاپل هیل، نانوسیم‌های سیلیکونی را مهندسی کرده‌اند که می‌توانند نور خورشید را با تقسیم آب به اکسیژن و گاز هیدروژن، جایگزینی سبزتر برای سوخت‌های فسیلی، به الکتریسیته تبدیل کنند.
دانشمندان ابتدا نشان دادند که آب مایع را می توان با استفاده از الکتریسیته تولید شده از طریق روشن کردن یک الکترود نیمه هادی به اکسیژن و گاز هیدروژن تقسیم کرد. اگرچه هیدروژن تولید شده با استفاده از انرژی خورشیدی شکل امیدوارکننده ای از انرژی پاک است، راندمان پایین و هزینه های بالا مانع از معرفی نیروگاه های هیدروژنی با انرژی خورشیدی تجاری شده است.
یک تحلیل امکان‌سنجی اقتصادی نشان می‌دهد که استفاده از دوغاب الکترودهای ساخته‌شده از نانوذرات به‌جای طراحی صفحه‌های خورشیدی سفت و سخت می‌تواند هزینه‌های قابل‌توجهی را کاهش دهد و هیدروژن تولید شده توسط خورشید را با سوخت‌های فسیلی رقابت کند.
با این حال، بیشتر کاتالیزورهای فعال شده با نور مبتنی بر ذرات موجود، که به آنها فوتوکاتالیست نیز گفته می‌شود، می‌توانند تنها تابش فرابنفش را جذب کنند و بازده تبدیل انرژی آنها را تحت نور خورشید محدود می‌کنند.
رجیمز کاهون، دکترا، استاد شیمی بنیاد خانواده هاید در کالج هنر و علوم UNC-چپل هیل، و همکارانش در این دپارتمان روی سنتز شیمیایی نانومواد نیمه‌رسانا با خواص فیزیکی منحصربفرد کار می‌کنند که می‌تواند طیف وسیعی را فعال کند. فناوری‌ها، از سلول‌های خورشیدی گرفته تا حافظه‌های حالت جامد.
آقای Cahoon و تیمش نانوسیم های سیلیکونی جدیدی را طراحی کردند تا سلول های خورشیدی متعددی در امتداد محور خود داشته باشند تا بتوانند نیروی مورد نیاز برای تقسیم آب را تولید کنند.
آقای Taylor Teitsworth، یکی از همکاران تحقیقاتی فوق دکترا در آزمایشگاه Cahoon توضیح داد: «این طراحی در طراحی‌های قبلی راکتور بی‌سابقه است و اجازه می‌دهد سیلیکون برای اولین بار در PSR استفاده شود.
سیلیکون هم نور مرئی و هم نور مادون قرمز را جذب می کند. به دلیل این ویژگی و خواص دیگر - از جمله فراوانی، سمیت کم و پایداری آن، از لحاظ تاریخی یک انتخاب برتر برای سلول های خورشیدی بوده است که به سلول های فتوولتائیک و نیمه هادی ها نیز گفته می شود. با ویژگی های الکترونیکی آن، تنها راه برای هدایت آب تقسیم بی سیم با ذرات سیلیکون، رمزگذاری سلول های فتوولتائیک متعدد در هر ذره است. این را می توان با تولید ذراتی که دارای چندین رابط، به نام اتصالات، بین دو شکل مختلف از سیلیکون نیمه هادی های نوع p و نوع n هستند، به دست آورد.
پیش از این، تحقیقات Cahoon بر سنتز پایین به بالا و مدولاسیون فضایی کنترل‌شده سیلیکون با بور برای نانوسیم‌های نوع p و با فسفر برای نانوسیم‌های نوع n برای ارائه هندسه‌ها و عملکردهای مطلوب متمرکز بود.
کاهون گفت: "ما از این رویکرد برای ایجاد کلاس جدیدی از نانوذرات چند پیوندی با شکاف آب استفاده کردیم. این نانوذرات مزایای مادی و اقتصادی سیلیکون را با مزایای فوتونیکی نانوسیم هایی که قطری کمتر از طول موج نور جذب شده دارند، ترکیب می کند." به دلیل عدم تقارن ذاتی اتصالات سیم‌ها، ما توانستیم از یک روش الکتروشیمیایی مبتنی بر نور استفاده کنیم تا کاتالیزورهای کمکی را به‌طور انتخابی بر روی انتهای سیم‌ها قرار دهیم تا امکان تقسیم آب فراهم شود.
منبع:
Link to news