Yeni malzeme, güneş ışığını ve suyu yüksek verimlilikle yeşil hidrojene dönüştürüyor.

Bilim insanları tarafından güneş ışığı ve suyu temiz enerjiye dönüştüren yeni bir malzeme geliştirildi.

Oregon Eyalet Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından oluşturulan fotokatalizör, yüksek hızlı ve yüksek verimli hidrojen üretimini mümkün kılıyor.

OSU Fen Fakültesi'nden Kyriakos Stylianou liderliğindeki işbirliği, sera gazı emisyonları ve iklim değişikliğine karşı kullanılacak potansiyel yeni bir aracı temsil ediyor. Stylianou'nun araştırması, genellikle MOF olarak kısaltılan metal organik çerçeveler olarak bilinen kristal, gözenekli malzemelere odaklanıyor.

Bu çalışmada araştırmacılar, güneş ışığına maruz kaldığında suyu hızlı ve verimli bir şekilde hidrojene ayıran bir katalizör yapmak için bir metal oksit heterojonksiyonu (tamamlayıcı özelliklere sahip iki malzemenin bir kombinasyonu) türetmek için bir MOF kullandılar.

RTTA olarak adlandırdıkları heterojunction, MOF türevi rutenyum oksit ile kükürt ve nitrojen katkılı titanyum oksit içeriyor. Oregon Eyalet Üniversitesi'ne göre, farklı miktarlarda oksit içeren birden fazla RTTA'yı test ettiler ve net bir kazanan buldular

Stylianou, “Çeşitli RTTA malzemeleri arasında, en düşük rutenyum oksit içeriğine sahip RTTA-1, en hızlı hidrojen üretim oranını ve yüksek kuantum verimini sergiledi” dedi.

Sadece bir saat içinde, bir gram RTTA-1'in 10.700 mikromolün üzerinde hidrojen üretebildiğini belirtti. Çalışmaya göre, bu süreçte fotonlar (ışık parçacıkları) %10 gibi etkileyici bir oranda kullanıldı; yani RTTA-1'e çarpan her 100 fotondan 10'u hidrojen üretimine katkıda bulundu.

Stylianou, “RTTA-1'in dikkat çekici aktivitesi, metal oksitlerin özelliklerinin ve elektron transferini artıran ana MOF'un yüzey özelliklerinin sinerjik etkilerinden kaynaklanıyor” dedi.

“Bu çalışma, pratik hidrojen üretimi için fotokatalizör olarak MOF türevi metal oksit heterojonksiyonlarının potansiyelini vurgulamakta ve sürdürülebilir ve verimli enerji çözümlerinin geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır.”

Suyun katalitik bir süreçle ayrıştırılması yoluyla hidrojen üretiminin, metan-buhar reformu olarak bilinen karbondioksit üreten bir süreç yoluyla doğal gazdan hidrojen elde edilmesine yönelik geleneksel yöntemden daha temiz olduğuna inanılmaktadır.

Şu anda sudan hidrojen üretimi elektrokataliz - katalizörden elektrik geçirme - yöntemini içermektedir.

Çalışmaya göre, elektrokatalizin sürdürülebilirliği yenilenebilir enerji kullanımına bağlı ve piyasada rekabetçi olabilmesi için enerjinin ucuz olması gerekiyor.

Stylianou, “Su bol miktarda hidrojen kaynağıdır ve fotokataliz, hidrojen üretimi için Dünya'nın bol güneş enerjisinden yararlanmak için bir yöntem sunmaktadır” dedi.

“Rutenyum oksit ucuz değil ama bizim fotokatalizörümüzde kullanılan miktar çok az. Endüstriyel uygulamalar için, eğer bir katalizör iyi bir kararlılık ve tekrarlanabilirlik gösterirse, bu az miktardaki rutenyum oksitin maliyeti daha az önemli hale gelir.”

Şu anda metan-buhar reformu, yeşil hidrojen için kilogram başına yaklaşık 5 dolara kıyasla kilogram başına yaklaşık 1,50 dolar maliyetle hidrojen üretmektedir.

Fotokatalitik hidrojen üretimi, sürdürülebilir bir enerji ekonomisi oluşturmak için alternatif bir yol sunmaktadır. Çok sayıda fotoaktif malzeme sudan hidrojen üretme potansiyeli sergilerken, tamamlayıcı özelliklere sahip iki farklı malzemenin heterojonksiyonlar şeklinde birleştirilmesiyle elde edilen sinerji, fotokatalitik aktivitelerini önemli ölçüde artırabilir.