ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนพลังงานแสงเพื่อสร้างไฮโดรเจนโดยใช้แสงแดด

(ข่าวนาโนเวิร์ค) ทีมงานจาก UPC และสถาบันนาโนวิทยาศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีแห่งคาตาลัน (ICN2) ได้ออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์ที่มีประสิทธิภาพและเสถียร ซึ่งสามารถผลิตไฮโดรเจนได้โดยตรงโดยใช้แสงแดด ผลลัพธ์จะถูกตีพิมพ์ในวารสาร การสื่อสารธรรมชาติ(“TiO ที่ออกแบบโดย Facet2 ขับเคลื่อนกิจกรรมโฟโตคะตาไลติกและความเสถียรของกลุ่มโลหะมีตระกูลที่รองรับในช่วง H2 วิวัฒนาการ”). รูปภาพที่แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวด้านผลึกศาสตร์ของไททาเนียมไดออกไซด์และกระจุกโลหะที่เผยให้เห็นสามารถนำมาใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนได้อย่างสะอาดและยั่งยืนได้อย่างไร (ภาพ: UPC) ไฮโดรเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ตราบใดที่ผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน (ไฮโดรเจนสีเขียว) เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์บางชนิดสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีเมื่อได้รับแสงแดด นี่เป็นกรณีของไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุราคาถูกและไม่เป็นอันตรายซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเม็ดสีขาวในสี พลาสติก กระดาษ หมึกพิมพ์ และเครื่องสำอาง อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นในไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถสร้างไฮโดรเจนจากโปรตอนในน้ำและสารประกอบอินทรีย์ได้ อย่างไรก็ตาม การผลิตไฮโดรเจนต่ำมากเนื่องจากอิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะผ่อนคลายมากกว่าทำปฏิกิริยา ดังนั้นประสิทธิภาพของกระบวนการจึงต่ำเกินไปจากมุมมองเชิงปฏิบัติ ข้อจำกัดนี้สามารถเอาชนะได้โดยการนำไทเทเนียมไดออกไซด์ไปสัมผัสกับโลหะ อนุภาคนาโนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองอิเล็กตรอนช่วยยืดอายุของอิเล็กตรอนในสภาวะตื่นเต้นเพื่อให้สามารถทำปฏิกิริยาและผลิตไฮโดรเจนได้ สิ่งนี้ทำให้ได้ผลตอบแทนที่สูงขึ้นหลายร้อยเท่า การศึกษาครั้งนี้ถือเป็นความก้าวหน้าอีกก้าวหนึ่งของการผลิตไฮโดรเจนที่ยั่งยืน นำโดยนักวิจัยRamón y Cajal Lluís Soler และศาสตราจารย์ Jordi Llorca จากกลุ่มวิจัย ENCORE-NEMEN ของภาควิชาวิศวกรรมเคมีและสถาบันเทคโนโลยีพลังงานของ Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์วิจัยไฮโดรเจนเฉพาะ (CER-H2) นักวิจัยได้สะสมกลุ่มโลหะไว้บนอนุภาคนาโนของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีลักษณะทางสัณฐานวิทยาต่างๆ โดยใช้กระบวนการเคมีกลศาสตร์ และพบว่าพื้นผิวด้านผลึกศาสตร์ที่แตกต่างกันของไทเทเนียมไดออกไซด์ก็มีบทบาทสำคัญในการผลิตไฮโดรเจนเช่นกัน ทั้งความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงและความแข็งแรงของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างเซมิคอนดักเตอร์และอนุภาคนาโนของโลหะมีความสัมพันธ์กันอย่างมากกับพื้นผิวที่สัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายและการรวมตัวของอะตอม แผนภาพแสดงความสำคัญของอนุภาคนาโนของโลหะและพื้นผิวด้านผลึกของไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เผยให้เห็นในการผลิตไฮโดรเจนโดยตรงโดยใช้แสงแดด (ภาพ: UPC) ผลลัพธ์ที่ได้ชัดเจน เมื่อกระจุกแพลตตินัมเกาะอยู่บนอนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ทรงแปดหน้า จะได้ตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์ซึ่งผลิตไฮโดรเจนในปริมาณที่สูงกว่า และที่สำคัญกว่านั้นคือมีเสถียรภาพมากกว่าส่วนผสมอื่นๆ มาก ตัวอย่างที่น่าทึ่งของวิธีการ นาโนเทคโนโลยี สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการออกแบบอุปกรณ์ใหม่ๆ ในด้านพลังงานได้ เพื่อทำความเข้าใจผลลัพธ์นักวิจัยของRamón y Cajal Claudio Cazorla จากภาควิชาฟิสิกส์ของ UPC ได้ทำการคำนวณทางกลควอนตัมเพื่อศึกษาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์ซึ่งเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของ X-ray photoelectron spectroscopy ที่ได้รับที่ศูนย์วิจัยของ UPC ในสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์หลายระดับ ศูนย์แห่งนี้ตั้งอยู่ในวิทยาเขต Diagonal-Besòs เช่นเดียวกับ Barcelona East School of Engineering (EEBE) ซึ่งนักวิจัยยังสอนอยู่ด้วย ผลลัพธ์ของการวิจัยนี้จะช่วยให้สามารถออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่สำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืน งานกำลังดำเนินการอยู่ที่ UPC's ที่ศูนย์วิจัยไฮโดรเจนเฉพาะเพื่อนำผลลัพธ์เหล่านี้ไปปฏิบัติจริง การศึกษายังเกี่ยวข้องกับนักศึกษาปริญญาเอกของ UPC Yufen Chen และนักวิจัยจากสถาบันนาโนวิทยาศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีแห่งคาตาลัน (ICN2)

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64377.php