این ابزار جدید با کارایی بی سابقه ای هیدروژن را از نور خورشید می سازد

دانشمندان با ترکیب نیمه‌هادی‌های پروسکایت هالید با الکتروکاتالیست‌ها دستگاهی برای استخراج هیدروژن از انرژی خورشیدی با بازدهی بالا ساخته‌اند.

مهندسان دانشگاه رایس توانسته‌اند با نرخی رکوردشکن از انرژی خورشیدی هیدروژن بسازند. آن‌ها دستگاهی بادوام و ارزان ساخته‌اند که با ترکیب نسل آینده نیمه‌هادی‌های پروسکایت هالید (halide perovskite) با الکتروکاتالیست‌ها به استخراج هیدروژن می‌پردازد.

این تکنولوژی جدید جهشی مهم به جلو در انقلاب هیدروژن است. این دستگاه می‌تواند به‌عنوان پلتفرمی برای واکنش‌های شیمیایی گسترده برای تبدیل مواد اولیه به سوخت با استفاده از برق خورشیدی عمل کند.

آدیتیا موهایت (Aditya Mohite)، آستین فر (Austin Fehr) و همکارانشان دستگاه خود را با استفاده از یک مانع مقاوم دربرابر خوردگی ساخته‌اند که نیمه‌هادی را از آب جدا می‌کند، بدون آن که مانع انتقال الکترون‌ها شود.

طبق مقاله‌ای که در ژورنال Nature Communications منتشر شده است، این دستگاه بازده رکوردشکن ۲۰٫۸٪ تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن را ثبت کرده است.

این دستگاه به‌عنوان یک سلول فوتوالکتروشیمیایی شناخته می‌شود، زیرا نور را جذب، آن را به الکتریسیته تبدیل و از این انرژی برای ایجاد یک واکنش شیمیایی استفاده می‌کند. تمام این‌ها در یک دستگاه واحد اتفاق می‌افتند.

«مانع» استخراج هیدروژن

چالش اصلی ساخت این دستگاه این بود که پروسکایت‌های هالید در آب بسیار ناپایدار هستند و پوشش‌های عایق نیمه‌هادی‌ها عملکرد آن‌ها را مختل می‌کردند یا به آن‌ها آسیب می‌رساندند.

پژوهشگران به‌مدت دو سال به امتحان مواد و تکنیک‌های مختلف پرداختند تا این که پس از شکست‌های بسیار به یک راه‌حل برنده رسیدند.

فر می‌گوید «بینش کلیدی ما این بود که شما به دو لایه مانع نیاز دارید، یکی برای مسدود کردن آب و دیگری برای ایجاد ارتباط الکتریکی خوب میان لایه‌های پروسکایت و لایه محافظ. نتایج ما بالاترین برای سلول‌های فوتوالکتروشیمایی بدون تمرکز خورشیدی و بهترین برای آن‌هایی است که از نیمه‌هادی‌های پروسکایت هالید استفاده می‌کنند.»

این حوزه پیش از این میزبان نیمه‌هادی‌های بسیار گران بود. اما حالا این فرصت وجود دارد که برای اولین بار چنین دستگاهی بتواند در مقیاس تجاری استفاده شود. پژوهشگران نشان داده‌اند که مانع آن‌ها برای واکنش‌های گوناگون با نیمه‌هادی‌های متفاوت کاربرد دارد.

آن‌ها امیدوارند با چنین سیستم‌هایی بتوانند از مواد اولیه فراوان روی زمین و تنها انرژی خورشیدی به واکنش‌های سوخت‌ساز برسند. استخراج هیدروژن به‌طور اقتصادی می‌تواند تحولی بزرگ در دنیای انسان‌ها باشد که الان سوخت‌های فسیلی و انرژی خورشیدی در آن غالب هستند.