یک مطالعه جدید در دانشگاه اوپسالا نشان می‌دهد که گاز هیدروژن و متانول برای سلول‌های سوختی یا به عنوان مواد خام برای صنایع شیمیایی، برای مثال، می‌توانند با استفاده از نور خورشید پایدارتر تولید شوند. در این مطالعه، محققان ماده پوشش جدیدی برای نیمه هادی ها ایجاد کرده اند که ممکن است فرصت های جدیدی برای تولید سوخت در فرآیندهایی ایجاد کند که نور مستقیم خورشید را با الکتریسیته ترکیب می کند. این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.
ساشا اوت، استاد گروه شیمی دانشگاه اوپسالا، می‌گوید: «ما یک قدم به هدف خود برای تولید سوخت آینده از نور خورشید نزدیک‌تر شده‌ایم.»
امروزه گاز هیدروژن و متانول عمدتاً از منابع فسیلی مانند نفت یا گاز طبیعی تولید می شود. یک گزینه سازگارتر با محیط زیست و سازگار با آب و هوا این است که این مواد را از آب و دی اکسید کربن، با استفاده از برق پایدار، در آنچه به عنوان الکترولیز شناخته می شود، بسازید. این فرآیند به انرژی الکتریکی به شکل ولتاژ اعمالی نیاز دارد.
دانشمندان ماده جدیدی ابداع کرده اند که با استفاده از نور خورشید برای تکمیل الکتریسیته، ولتاژ مورد نیاز در فرآیند را کاهش می دهد.
برای گرفتن نور خورشید، آنها از نیمه رساناهایی از همان نوع موجود در سلول های خورشیدی استفاده کردند. جنبه جدید این مطالعه این است که نیمه هادی ها با یک ماده پوششی جدید پوشانده شده اند که هنگام تابش خورشید، الکترون ها را از نیمه هادی استخراج می کند. سپس این الکترون‌ها برای واکنش‌های تشکیل‌دهنده سوخت، مانند تولید گاز هیدروژن، در دسترس هستند.
پوشش یک "چارچوب فلزی-آلی" است - یک شبکه سه بعدی متشکل از مولکول های آلی مجزا که در مقیاس زیر نانومتری توسط اتصال دهنده های فلزی ریز در جای خود ثابت می شوند.مولکول‌ها الکترون‌های تولید شده توسط نور خورشید را می‌گیرند و آنها را از سطح نیمه‌رسانا، جایی که واکنش‌های شیمیایی ناخواسته ممکن است رخ دهد، حذف می‌کنند. به عبارت دیگر، پوشش از اتصال کوتاه سیستم جلوگیری می کند، که به نوبه خود امکان جمع آوری موثر الکترون ها را فراهم می کند.
در آزمایشات، محققان توانستند نشان دهند که طراحی جدید آنها ولتاژ مورد نیاز برای استخراج الکترون از نیمه هادی را تا حد زیادی کاهش می دهد.
ساشا اوت می‌گوید: «نتایج ما نشان می‌دهد که پوشش‌های ابداعی می‌توانند برای بهبود عملکرد نیمه‌رسانا مورد استفاده قرار گیرند، که منجر به تولید انرژی کارآمدتر سوخت با نیازهای ورودی الکتریکی کمتر می‌شود.»
