Các nhà nghiên cứu phát triển giải pháp thay thế xanh hơn cho nhiên liệu hóa thạch bằng cách sản xuất hydro từ nước và ánh sáng

Các nhà nghiên cứu phát triển giải pháp thay thế xanh hơn cho nhiên liệu hóa thạch bằng cách sản xuất hydro từ nước và ánh sáng

    Các nhà nghiên cứu phát triển giải pháp thay thế xanh hơn cho nhiên liệu hóa thạch bằng cách sản xuất hydro từ nước và ánh sáng
    bởi Đại học Bắc Carolina ở Chapel Hill

    Carolina researchers develop greener alternative to fossil fuels by producing hydrogen from water and light
    Từ trái sang: James Cahoon và Taylor Teitsworth. Ảnh: Steve Exum
    Các nhà nghiên cứu tại Khoa Hóa học của Đại học Bắc Carolina ở Chapel Hill đã thiết kế các dây nano silicon có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng cách tách nước thành khí oxy và khí hydro, một giải pháp thay thế xanh hơn cho nhiên liệu hóa thạch.

    Cách đây 50 năm, các nhà khoa học lần đầu tiên chứng minh rằng nước ở thể lỏng có thể được phân tách thành khí oxy và khí hydro bằng cách sử dụng điện được tạo ra bằng cách chiếu sáng một điện cực bán dẫn. Mặc dù hydro được tạo ra bằng năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng sạch đầy hứa hẹn, nhưng hiệu suất thấp và chi phí cao đã cản trở việc đưa vào sử dụng các nhà máy hydro chạy bằng năng lượng mặt trời thương mại.

    Một phân tích khả thi về kinh tế cho thấy rằng việc sử dụng hỗn hợp điện cực làm từ hạt nano thay vì thiết kế bảng năng lượng mặt trời cứng nhắc có thể giảm đáng kể chi phí, giúp hydro sản xuất từ năng lượng mặt trời cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, hầu hết các chất xúc tác được kích hoạt bằng ánh sáng dựa trên hạt hiện có, còn được gọi là chất xúc tác quang, chỉ có thể hấp thụ bức xạ cực tím, hạn chế hiệu quả chuyển đổi năng lượng của chúng dưới ánh sáng mặt trời.

    James Cahoon, Ph.D., Giáo sư Hóa học của Tổ chức Gia đình Hyde tại Trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học UNC-Chapel Hill, và các đồng nghiệp của ông trong khoa đã nghiên cứu về quá trình tổng hợp hóa học của vật liệu nano bán dẫn với các tính chất vật lý độc đáo có thể tạo ra một loạt công nghệ, từ pin mặt trời đến bộ nhớ trạng thái rắn. Cahoon đóng vai trò là tác giả tương ứng của những phát hiện được công bố vào ngày 9 tháng 2 trên tạp chí Nature.

    Cahoon và nhóm của anh ấy đã thiết kế các dây nano silicon mới có nhiều pin mặt trời dọc theo trục của chúng để chúng có thể tạo ra năng lượng cần thiết để phân tách nước.

    “Thiết kế này chưa từng có trong các thiết kế lò phản ứng trước đây và lần đầu tiên cho phép silicon được sử dụng trong PSR,” Taylor Teitsworth, cộng tác viên nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Cahoon, giải thích.

    Silicon hấp thụ cả ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại. Trước đây, nó là lựa chọn hàng đầu cho pin mặt trời, còn được gọi là tế bào quang điện và chất bán dẫn, do đặc tính này và các đặc tính khác—bao gồm sự phong phú, độc tính thấp và tính ổn định của nó. Với các đặc tính điện tử của mình, cách duy nhất để điều khiển quá trình phân tách nước không dây bằng các hạt silicon là mã hóa nhiều tế bào quang điện trong mỗi hạt. Điều này có thể đạt được bằng cách tạo ra các hạt chứa nhiều giao diện, được gọi là điểm nối, giữa hai dạng silicon khác nhau—chất bán dẫn loại p và loại n.

    Trước đây, nghiên cứu của Cahoon tập trung vào quá trình tổng hợp từ dưới lên và điều chế silicone được kiểm soát theo không gian với boron cho dây nano loại p và với phốt pho cho dây nano loại n để tạo ra các chức năng và hình học mong muốn.

    Cahoon cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng phương pháp này để tạo ra một loại hạt nano đa chức năng phân tách nước mới. Chúng kết hợp các ưu điểm về vật liệu và kinh tế của silicon với các ưu điểm quang tử của các dây nano có đường kính nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng bị hấp thụ". "Do sự bất đối xứng vốn có của các điểm nối dây, chúng tôi có thể sử dụng phương pháp điện hóa điều khiển bằng ánh sáng để lắng đọng các chất đồng xúc tác một cách có chọn lọc vào các đầu của dây để kích hoạt quá trình tách nước."

    Zalo
    Hotline