Amerika Birleşik Devletleri’ndeki araştırmacılar, güneş ışığının yakıta dönüşümünü nano ölçekte ve gerçek zamanlı olarak gözlemlemelerini sağlayan bir yöntem geliştirdi. Yale bünyesindeki eki, ışıkla çalışan bir fotokatalizörün suyu nasıl hidrojen ve oksijene ayrıştırdığını, elektronların ve boşlukların materyal içinde nasıl hareket ettiğini artık doğrudan görebiliyor.
Çalışmayı yöneten kimya ve çevre mühendisliği profesörü Shu Hu, “Heyecanlıyız çünkü bu yöntem bir fotokatalizörü ‘iş başında’ olağanüstü bir gerçeklik ve çözünürlükle görmemizi sağlıyor.” açıklamasını yaptı.
Fotokatalizörlerin Çalışma Sistemini İzlemek için Yeni Bir Yol
Araştırma, fotokatalizörlerin yaklaşık 10 nanometre gibi son derece küçük ölçeklerdeki çalışma prensiplerini izlemek için yeni bir yol sunuyor. Bu gelişme, alandaki temel bir sınırlamanın aşılmasını sağlıyor ve temiz yakıt üretmek için güneş ışığını kullanan teknolojilerin geliştirilmesine yardımcı oluyor. Çalışma; indirgenme ve yükseltgenme olarak adlandırılan iki kimyasal reaksiyon arasındaki kesin sınırı ortaya çıkarıyor. Bu içgörü, daha verimli güneş enerjisi yakıtı materyalleri tasarlanmasının önünü açıyor.
Araştırma ekibi, hem amperometrik hem de potansiyometrik ölçümleri aynı anda yapabilen bir sistem kurdu. Amperometrik ölçümler akan elektronların sayısını hesaplarken, potansiyometrik ölçümler elektronları iten kuvveti, yani voltajı belirliyor. Bunu yapabilmek için, merkezinde nanometre boyutunda bir platin tel bulunan, kuvarstan yapılmış oldukça hassas bir “nanotip” tasarlandı.
Verimli Enerji ve Kimyasal Üretimi
Güneş enerjisi fotokatalizi, sürdürülebilir ve düşük maliyetli enerji üretimi için büyük umut vadediyor fakat sürecin tam olarak nasıl işlediğine dair bilgi eksikliği, teknolojinin ilerlemesini şimdiye kadar yavaşlatıyordu.
Geliştirilen yöntem, yarı iletkenler üzerinde desteklenen nano ölçekli eş-katalizörlerin fotokatalitik reaktivitesindeki mekânsal farklılıkları yaklaşık 10 nm çözünürlükle ortaya koyabiliyor.
Çalışmada “Pt/Nb:TiO2 sisteminde bu yöntem, yaklaşık 150 nm aralıkla ayrılmış katodik ve anodik bölgeleri belirliyor; bu bölgelerdeki yerel yüzey potansiyelleri sırasıyla yaklaşık −0.53 V ve +0.58 V (Ag/AgCl referansına göre) olarak ölçülüyor.” ifadelerine yer verildi.
Ayrıca araştırmacılar, “Tamamlayıcı yapısal/bileşimsel ve spektroskopik analizler, OWS koşulları altında metalik Pt ile oksitlenmiş Pt türlerinin birlikte var olduğunu ortaya koyuyor; bu durum, yerel bant kenarı konumunda yaklaşık 1.5 eV’luk bir farkla uyumlu asimetrik yüzey enerjileri oluşturarak Nb:TiO2 içinde yönlü taşıyıcı ayrışmasını tetikliyor.” diye ekledi.
Çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/us-scientists-sunlight-to-fuel-conversion
