חוקרים מאוניברסיטת אורגון סטייט יצרו זרז צילום יעיל ביותר שיכול לייצר מימן במהירות מאור השמש ומים. זרז זה, שפותח באמצעות שילוב של מסגרות מתכת-אורגניות ותחמוצות מתכת, מייצג התקדמות משמעותית בייצור אנרגיה נקייה. היא טומנת בחובה הבטחה להפחתת פליטת גזי חממה ומתן אלטרנטיבה בת קיימא לשיטות ייצור מימן מסורתיות, הנשענות על דלקים מאובנים.
חוקרים מאוניברסיטת אורגון פיתחו זרז צילום חדש המייצר ביעילות מימן מאור השמש והמים, ומציע אלטרנטיבה בת קיימא ופוטנציאלית חסכונית לשיטות ייצור מימן מסורתיות המבוססות על דלק מאובנים.
חוקרים מאוניברסיטת אורגון סטייט יצרו חומר בעל יכולת יוצאת דופן להפוך את אור השמש והמים לאנרגיה נקייה.
שיתוף פעולה בראשות Kyriakos Stylianou מהמכללה למדע OSU יצר פוטו-קטליזטור המאפשר ייצור מהיר ויעיל של מימן, המשמש בתאי דלק למכוניות וכן בייצור כימיקלים רבים, כולל אמוניה, בזיקוק. של מתכות ובייצור פלסטיק.
הממצאים מייצגים כלי חדש פוטנציאלי לשימוש נגד פליטות גזי חממה ושינויי אקלים, אמר Stylianou, שמחקרו מתמקד בחומרים גבישיים ונקבוביים הידועים כמסגרות מתכת-אורגניות, בדרך כלל מקוצרים בשם. MOFs. מורכבים מיוני מתכת טעונים חיובית המוקפים במולקולות "מקשרות" אורגניות, ל-MOFs יש נקבוביות בגודל ננו ותכונות מבניות ניתנות לשינוי. ניתן לעצב אותם עם מגוון רכיבים הקובעים את תכונות ה-MOF.
פיצול מים באמצעות פוטוקטליזה. קרדיט: קיריאקוס סטיליאנו
במחקר זה, החוקרים השתמשו ב-MOF כדי להפיק הטרוג'נקציה של תחמוצת מתכת – שילוב של שני חומרים בעלי תכונות משלימות – כדי ליצור זרז שכאשר נחשף לאור השמש, מפצל מים במהירות וביעילות למימן. ההטרוג'נקשן, שאליו הם מכנים RTTA, כולל תחמוצת רותניום שמקורה ב-MOF ותחמוצת טיטניום מסוממים בגופרית וחנקן. הם בדקו מספר RTTAs עם כמויות שונות של התחמוצות ומצאו מנצח ברור.
תובנות תהליך פוטו-קטליטי
"בין חומרי RTTA שונים, RTTA-1, עם תכולת תחמוצת הרותניום הנמוכה ביותר, הציג את קצב ייצור המימן המהיר ביותר ותפוקה קוונטית גבוהה", אמר Stylianou.
תוך שעה אחת בלבד, הוא ציין, גרם של RTTA-1 הצליח לייצר למעלה מ-10,700 מיקרומול של מימן. תהליך זה השתמש בפוטונים – חלקיקי אור – בשיעור מרשים של 10%, כלומר על כל 100 פוטונים שפגעו ב-RTTA-1, 10 תרמו לייצור מימן.
"הפעילות המדהימה של RTTA-1 נובעת מההשפעות הסינרגטיות של תכונות תחמוצות המתכת ותכונות פני השטח מה-MOF האב שמשפרות את העברת האלקטרונים," אמר Stylianou. "מחקר זה מדגיש את הפוטנציאל של הטרוג'נקציות של תחמוצת מתכת שמקורן ב-MOF כפוטו-זרזים לייצור מימן מעשי, התורמים לפיתוח פתרונות אנרגיה ברי קיימא ויעילים."
הפקת מימן על ידי פיצול מים בתהליך קטליטי היא נקייה יותר מהשיטה הקונבנציונלית להפקת מימן מגז טבעי באמצעות תהליך לייצור פחמן דו חמצני המכונה רפורמת מתאן-קיטור.
תהליכים קטליטיים נוכחיים להפקת מימן ממים כוללים אלקטרוקטליזה – הפעלת חשמל דרך הזרז. הקיימות של אלקטרוקטליזה תלויה בשימוש באנרגיה מתחדשת, וכדי להיות תחרותי בשוק האנרגיה צריכה להיות זולה.
כיום, רפורמה בקיטור מתאן מייצרת מימן בעלות של כ-1.50 דולר לק"ג, בהשוואה לכ-5 דולר לק"ג למימן ירוק.
"מים הם מקור שפע של מימן, ופוטוקטליזה מציעה שיטה לרתום את האנרגיה הסולארית השופעת של כדור הארץ לייצור מימן", אמר סטילאנו. "תחמוצת רותניום אינה זולה, אך הכמות המשמשת בפוטוקטליזטור שלנו היא מינימלית. עבור יישומים תעשייתיים, אם זרז מראה יציבות טובה ויכולת שחזור טובה, העלות של כמות קטנה זו של תחמוצת רותניום הופכת פחות חשובה."
המחקר מומן על ידי OSU Dept. of Chemistry, OSU College of Science Industry Partnership Award, ובריאן ומרילין קליינר.
