ננו-קומפוזיט הידרוג'ל חדש שפותח לייצור המוני של מימן

27 באפריל, 2023 (חדשות Nanowerk) צוות מחקר בראשות פרופ' HYEON Taeghwan במרכז לחקר ננו-חלקיקים בתוך המכון למדע בסיסי (IBS) בסיאול, דרום קוריאה פיתח פלטפורמה פוטו-קטליטית חדשה לייצור המוני של מימן. המחקר של הקבוצה על הפלטפורמה הפוטו-קטליטית הוביל לפיתוח של מטריצה ​​פוטו-קטליטית צפה, המאפשרת תגובה יעילה של התפתחות מימן עם יתרונות ברורים על פני פלטפורמות ייצור מימן קונבנציונליות כגון סוגי סרטים או פאנלים. המחקר פורסם ב טבע ננוטכנולוגיה (“Floatable photocatalytic hydrogel nanocomposites for large-scale solar hydrogen production”). א. פלטפורמות פוטו-קטליטיות ניתנות לציפה מורכבות ממבנים דו-שכבתיים, שכבה פוטו-קטליטית ושכבה תומכת. ב. המבנה הנקבובי של הפלטפורמה. ג. המבנה הנקבובי של הפלטפורמה כולל יכולת ציפה. (תמונה: המכון למדע בסיסי) חשיבותה של אנרגיה חלופית עלתה לאחרונה עקב אתגרים גלובליים כמו זיהום סביבתי ושינויי אקלים. בין כמה מועמדים למקורות אנרגיה חלופיים, אנרגיית מימן שנקטפה על ידי פוטוקטליזה מודגשת במיוחד בזכות ייצור האנרגיה הירוקה בת-קיימא שלה. בהתאם לכך, מחקר ופיתוח רבים נעשו כדי לשפר את יעילות התגובה הפנימית של פוטו-זרזים. עם זאת, מחקר על גורם הצורה של מערכות פוטו-קטליטיות, שהוא קריטי ליישום המעשי ולמסחור שלהן, עדיין לא נחקר באופן פעיל. בדרך כלל, המערכות הנוכחיות מקבעות אבקת זרז או ננו-חלקיקים על משטחים שונים, כגון פלטפורמות מסוג יריעות חלקיקיות, מסוג סרט ופלטפורמות שטוחות, אשר שקועים מתחת למים. הם גם מתמודדים עם בעיות מעשיות כמו שטיפת זרזים, העברת מסה לקויה ותגובות הפוכות. הם גם דורשים התקנים נוספים כדי להפריד ולאסוף את המימן שנוצר מהמים, מה שמוסיף למורכבות המכשיר ומגדיל את העלויות. הצוות במרכז לחקר ננו-חלקיקים בתוך ה-IBS, בראשותו של פרופ' היאון, עיצב סוג חדש של פלטפורמה פוטו-קטליטית שצפה על פני המים לייצור מימן יעיל. לפלטפורמה החדשה הזו יש מבנה דו-שכבתי, המורכב משכבה פוטו-קטליטית עליונה ושכבה תומכת תחתונה (איור 1A). שתי השכבות מורכבות מפולימר מבני נקבובי המעניק מתח פנים גבוה לפלטפורמה (איור 1B). בנוסף, הפלטפורמה מיוצרת בצורת קריו אירוג'ל, חומר מוצק מלא בגז בתוכו, בעל צפיפות נמוכה. כתוצאה מכך, האלסטומר-הידרוג'ל מוטבע עם photocatalysts יכול לצוף על מים (איור 1C). פלטפורמה זו מציגה יתרונות ברורים בתגובת התפתחות המימן הפוטו-קטליטית: ראשית, נמנעת הנחת אור על ידי מים, וכתוצאה מכך המרת אנרגיית שמש יעילה. שנית, המוצר, גז מימן, יכול להתפזר בקלות לאוויר, הימנעות מתגובות חמצון הפוכות ושמירה על תפוקת תגובה גבוהה. שלישית, ניתן לספק את המים בקלות לזרזים הממוקמים בתוך מטריצת האלסטומר-הידרוג'ל בשל נקבוביותם. לבסוף, זרזים מקובעים ביציבות בתוך המטריצה ​​לצורך פעולה ארוכת טווח ללא בעיות שטיפה. החוקרים הוכיחו בניסוי את ביצועי התפתחות המימן המעולים של הפלטפורמה הצפה, בהשוואה לאלו של הפלטפורמה השקועה הקונבנציונלית. יתר על כן, ההרחבה של הפלטפורמה, החיונית לתיעוש פוטנציאלי, הוכחה גם באור שמש טבעי. אושר כי ניתן לייצר כ-80 מ"ל של מימן על ידי הפלטפורמה הפוטו-קטליטית הניתנת לציפה באמצעות זרזי אטום בודד של נחושת וטיטניה בשטח של 1 מ'2. גם לאחר שבועיים של פעולה במי ים המכילים מיקרואורגניזמים שונים וחומר צף, ביצועי התפתחות המימן של הפלטפורמה לא נפגעו. פרופ' קים קובע, "הפלטפורמה המוצעת יכולה אפילו לייצר מימן מתמיסות הממיסות פסולת ביתית, כמו בקבוקי פוליאתילן טרפתלט. כתוצאה מכך, הפלטפורמה יכולה להוות פתרון למיחזור פסולת, התורם לחברה ידידותית לסביבה". יש לציין כי מחקר זה מציג פלטפורמה כללית לפוטוקטליזה יעילה שאינה מוגבלת רק לייצור מימן. ניתן להחליף את הרכיב הקטליטי לשימושים רצויים שונים, מבלי לשנות את תכונות חומר הג'ל הצף של הפלטפורמה הכוללת. זה מבטיח את היישום הרחב של הפלטפורמה לתגובות פוטו-קטליטיות אחרות, כגון תגובת התפתחות חמצן, ייצור מי חמצן ויצירת תרכובות אורגניות שונות. "מחקר זה מתקדם מאוד בתחום הפוטו-קטליזה ומציג את הפוטנציאל של ייצור מימן ירוק בים עם ביצועים ברמה עולמית. המאפיינים החומריים הייחודיים, הביצועים הגבוהים והישימות הרחבה בתחום הפוטוקטליזה של הפלטפורמה שלנו ללא ספק יפתחו פרק חדש באנרגיה חלופית", ציין פרופ' היון.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php