محققان دانشگاه Rice و دانشگاه Princeton یک نانو مواد کلیدی فعال شده با نور را برای اقتصاد هیدروژن مهندسی کرده اند.
در این مقاله، دانشمندان توضیح می دهند که تنها با استفاده از مواد خام ارزان قیمت توانستند یک کاتالیزور مقیاس پذیر ایجاد کنند که برای تبدیل آمونیاک به سوخت هیدروژنی با سوخت پاک فقط به قدرت نور نیاز است.
بر اساس این مقاله، با یک نیتروژن و سه اتم هیدروژن در هر مولکول آمونیاک مایع به راحتی حمل شده و انرژی زیادی را ذخیره می کند، کاتالیزور جدید آن مولکول ها را به گاز هیدروژن و گاز نیتروژن می شکند. برخلاف کاتالیزورهای سنتی، به گرما نیاز ندارد. در مقابل، انرژی را از نور، اعم از نور خورشید یا ال ای دی، برداشت می کند.
این مقاله همچنین توضیح می دهد که سرعت واکنش های شیمیایی معمولاً با دما افزایش یافته و تولیدکنندگان مواد شیمیایی برای بیش از یک قرن با اعمال گرما در مقیاس صنعتی از این امر بهره‌مند می شوند. با این حال، سوزاندن سوخت های فسیلی برای افزایش دمای مخازن واکنش بزرگ تا صدها یا هزاران درجه منجر به ردپای کربن عظیمی می شود. تولیدکنندگان مواد شیمیایی نیز سالانه میلیاردها دلار برای ترموکاتالیست‌ها هزینه کرده – موادی که واکنش نشان نمی دهند، اما سرعت واکنش‌ها را تحت گرمای شدید افزایش می‌دهند.
نویسندگان این مقاله خاطرنشان کردند که بهترین کاتالیزورهای حرارتی از پلاتین و فلزات گرانبهای مرتبط مانند پالادیوم، رودیم و روتنیوم ساخته می شوند. همچنین امکان استفاده از نانو ذرات فلزی فعال شده با نور (پلاسمونیک) برای سرعت بخشیدن به واکنش ها وجود دارد، اما بهترین آنها معمولاً با فلزات گران بها مانند نقره و طلا ساخته می شوند.
با این حال، پروژه جدید نشان می دهد که فلزات واسطه مانند آهن وقتی در معرض منابع فوتون LED قرار می گیرند، می توانند به فوتوکاتالیست‌های پلاسمونیک کارآمد تبدیل شوند.
از دیدگاه محققان، این دستاورد راه را برای هیدروژن پایدار و کم هزینه هموار می کند که می توان آن را به جای کارخانه های متمرکز عظیم، به صورت محلی تولید کرد.
پس از کشف ذرات پلاسمونیک در سال 2011 که الکترون هایی با عمر کوتاه و پرانرژی به نام «حامل داغ» منتشر می‌کنند، هالاس و نوردلندر در سال 2016 کشف کردند که ژنراتورهای حامل گرم را می توان با ذرات کاتالیزوری برای تولید «راکتورهای آنتن» ترکیب کرد. جایی که یک بخش انرژی را از نور برداشت می کرد و بخشی دیگر از انرژی برای انجام واکنش های شیمیایی با دقت جراحی استفاده می کرد.
نویسنده: مریم اسلامی
منبع: Mining
