การใช้แสงอาทิตย์ในการย่อยสลายน้ำอาจเป็นวิธีการที่สะอาดและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อส่งเสริมกระบวนการนี้ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ ขณะนี้นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาระบบแบบจำลองโดยใช้สตรอนเทียมไททาเนตที่มีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก 96% ซึ่งพิสูจน์ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพเกือบจะสมบูรณ์แบบนั้น
เป็นไปได้
เนื่องจากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนทำให้ได้น้ำบริสุทธิ์เท่านั้นที่เป็นของเสีย จึงมักถูกขนานนามว่าเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ข้อแม้คือการเป็น “สีเขียว” อย่างแท้จริง ตัวไฮโดรเจนเองจำเป็นต้องผลิตโดยใช้พลังงานหมุนเวียน การแยกน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
ซึ่งแสงแดดส่องไปยังสารแขวนลอยของอนุภาคเซมิคอนดักเตอร์ที่กระตุ้นด้วยแสง เป็นวิธีหนึ่งในการผลิตไฮโดรเจนอย่างหมดจด เมื่ออนุภาคเหล่านี้ดูดซับโฟตอนจากแสงอาทิตย์ คู่อิเล็กตรอน-รูที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นการแตกตัวของน้ำ และปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมา
หลายบทบาท ข้อเสียของวิธีนี้คือกระบวนการเร่งปฏิกิริยามีความซับซ้อนสูง ทำให้อนุภาคเซมิคอนดักเตอร์ต้องมีบทบาทหลายอย่างพร้อมกัน ประการแรก พวกมันต้องสามารถดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้องมีแบนด์แกปที่แคบใกล้
กับจุดสูงสุด 500 นาโนเมตรของการปล่อยแสงจากดวงอาทิตย์ ประการที่สอง พวกเขาจำเป็นต้องสร้างและแยกคู่อิเล็กตรอน-โฮลออกจากกัน ประการที่สาม พวกเขาต้องยอมให้โฮลและอิเล็กตรอนเหล่านี้เดินทางไปยังส่วนต่อประสานของอนุภาคกับน้ำ และเร่งปฏิกิริยาการผลิตไฮโดรเจน
(กระบวนการที่ต้องใช้อิเล็กตรอน) และออกซิเจน (กระบวนการที่ต้องใช้รู) จากน้ำ ประการสุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุด พวกเขาจำเป็นต้องลดกระบวนการข้างเคียงที่ไม่ต้องการ (ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ) ที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอนไปพร้อมกัน
นั่นเป็น
รายการที่ยาว และแม้ว่านักวิจัยจะค้นหาวัสดุโฟโตคะทาไลติกที่มีประสิทธิภาพมานานแล้ว แต่โฟโตคะตะลิสต์ทั่วไปมีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก (EQE) นั่นคือ เศษส่วนของโฟตอนกระทบกับระบบซึ่งท้ายที่สุดก็ถูกใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจน น้อยกว่า 10% กลยุทธ์การลดกลไกการสูญเสีย
ในการทำงานของพวกเขา ทีมนักวิจัยที่นำซึ่งเป็นตัวแยกน้ำแบบโฟโตคะทาไลติกที่ถูกค้นพบในปี 1970 แม้ว่า SrTiO 3จะใช้ไม่ได้ในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงในโลกแห่งความจริง (สร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลโดยการดูดกลืนแสงใกล้รังสีอัลตราไวโอเลตมากกว่าแสงที่ตามองเห็น) นักวิจัยให้เหตุผลว่า
อย่างไรก็ตาม มันยังเป็นระบบแบบจำลองที่ดีเนื่องจากกลไกที่รับผิดชอบต่อการสูญเสียประสิทธิภาพคือ เข้าใจดี Domen และเพื่อนร่วม งานได้ศึกษาหลายวิธีในการลดกลไกการสูญเสียใน SrTiO 3 ครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการยับยั้งการรวมตัวของพาหะประจุ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนและโฮลรวมตัวกันอีกครั้ง
ก่อนที่จะสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการแยกน้ำได้ เนื่องจากข้อบกพร่องในตาข่ายคริสตัลทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวมตัวกันใหม่ นักวิจัยจึงใช้การบำบัดด้วยฟลักซ์เพื่อปรับปรุงความเป็นผลึกของอนุภาคโฟโตคะตะลิสต์ ซึ่งจะช่วยลดจำนวนข้อบกพร่องของตาข่าย จากนั้นพวกเขาก็ลดจำนวนข้อบกพร่อง
ทางเคมีในโครงตาข่ายด้วยการเติมอะลูมิเนียมกลยุทธ์ที่สองของทีมคือการยับยั้งการรวมตัวกันของประจุเพิ่มเติมโดยใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนและรูในผลึก SrTiO 3รวมตัวกันที่หน้าผลึกที่แตกต่างกัน พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการเลือกฝากตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมที่เฉพาะเจาะจงบนด้านต่างๆ
เพื่อเพิ่มการผลิตไฮโดรเจนที่ด้านที่รวบรวมอิเล็กตรอนและการผลิตออกซิเจนที่หลุมที่รวบรวม แม้ว่าแนวทางนี้จะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงโดยกลุ่มวิจัยอื่นๆว่าในงานปัจจุบัน ทีมของเขาสามารถแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของแนวทางนี้ได้ “ชัดเจนกว่าการศึกษาใดๆ ในอดีต”
ในที่สุด
ประสิทธิภาพควอนตัมภายในที่ใกล้เคียงกัน ด้วยการรวมกลยุทธ์ทั้งสามนี้ ทีมงานได้แสดงให้เห็นถึง EQE สูงถึง 96% สำหรับวัสดุของพวกเขาเมื่อได้รับการฉายรังสีด้วยแสงในช่วง 350-360 นาโนเมตร สิ่งนี้แปลเป็นประสิทธิภาพควอนตัมภายใน (IQE) ซึ่งเป็นเศษส่วนของโฟตอนที่ถูกดูดซับซึ่งสามารถใช้
ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญที่เปิดเผยโดยการศึกษาคือโครงสร้างเหล็กไนอยู่ที่ขีดจำกัดเชิงกลที่กำหนดโดยแรงเสียดทาน ความมั่นคงยืดหยุ่น และต้นทุนที่เกิดขึ้นจากการรักษาเนื้อเยื่อ ข้อจำกัดนี้อธิบายถึงความเป็นสากลที่พบในโครงสร้างของเหล็กไนในท้ายที่สุด: ไม่ว่าขนาดของพวกมันจะมีขนาดเท่าใดก็ตาม
สิ่งมีชีวิตจะวิวัฒนาการจนกระทั่งผลที่ตามมาของพวกมันถึงขีดจำกัด ทำให้เหล็กไนของพวกมันมาบรรจบกันที่รูปร่างเดียวกัน หลังจากอธิบายความลึกลับที่มีมาอย่างยาวนานนี้แล้ว ทีมงานจะสำรวจว่าการค้นพบนี้สามารถนำไปใช้กับชีวกลศาสตร์และวิวัฒนาการของอาวุธสัตว์ได้อย่างไร
และอาจนำไปสู่การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ใหม่ๆ ได้อย่างไร ที่อื่น พวกเขาสามารถแจ้งให้วิศวกรทราบว่าโครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเลียนแบบเหล็กไนตามธรรมชาติสามารถผลิตได้อย่างแม่นยำในขนาดต่างๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและลดต้นทุนวัสดุได้อย่างไรในการผลิตไฮโดรเจน
ซึ่งมีความใกล้เคียงกัน ซึ่งหมายความว่าตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงเกือบจะสมบูรณ์แบบนักวิจัยได้ป้องกันปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่ต้องการ (ปฏิกิริยาการลดออกซิเจน) โดยการห่อหุ้มตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียมสำหรับปฏิกิริยาที่ผลิตไฮโดรเจนไว้ในเกราะป้องกันที่มีโครเมียมเป็นส่วนประกอบ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
