بهبود کارایی دستگاه فتوسنتز مصنوعی با گذشت زمان

دانشمندان دانشگاه میشیگان (UM) و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور نوع جدیدی از فناوری را به نمایش گذاشته اند که نه تنها می تواند هیدروژن تولید کند، بلکه در حین استفاده دچار تغییرات مورفولوژیکی شود که باعث می شود با گذشت زمان کارآمدتر شود.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل و به نقل از نیواطلس؛ دستگاه هایی که از روند طبیعی فتوسنتز ، که در آن گیاهان از نور خورشید برای تبدیل آب و دی اکسید کربن به انرژی استفاده می کنند ، تقلید می کنند ، می توانند روزی به ما کمک کنند تا با تعدادی از مسائل زیست محیطی مقابله کنیم. دانشمندان اکنون نوع جدیدی از فناوری را به نمایش گذاشته اند که نه تنها می تواند این فرآیند را برای تولید سوخت هیدروژن تمیز تکرار کند ، بلکه در حین استفاده دچار تغییرات مورفولوژیکی شود که باعث می شود با گذشت زمان کارآمدتر شود.

Study authors Francesca Toma (rear) and Guosong Zeng at work on their self-improving artificial photosynthesis device

این تحقیق توسط دانشمندان دانشگاه میشیگان (UM) و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور انجام شد ، آنها در حال کار با دستگاه فتوسنتز مصنوعی بودند که قبلا توسط مهندس UM Zetian Mi ساخته شده بود. این دستگاه با استفاده از نور خورشید برای تقسیم آب شیرین و نمک و تولید هیدروژن برای استفاده در سلولهای سوختی ، نوعی شکل تمیزتر از تولید هیدروژن را که معمولاً با استفاده از گاز طبیعی یا انرژی الکتریکی شامل می شود ، نوید می دهد.

دستگاه ساخته شده از سیلیسیم و گالیم نیترید ، موادی که معمولاً در الکترونیک و سلول های خورشیدی استفاده می شود ، در مقایسه با بازده یک درصدی دستگاه های قبلی ، بازده چشمگیر سه درصدی خورشید به هیدروژن را ارائه می دهد. این امر از طریق "منظره شهر" از برجهای نیترید گالیم بر روی یک سیلیکون که نور خورشید را به الکترونهای آزاد تبدیل می کند ، بدست می آورد و در نتیجه آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کند.

The artificial photosynthesis devices relies on towers of gallium nitride to turn light into electrons

این نتایج در سال 2018 منتشر شده است ، اما دانشمندان برای درک بهتر دلایل کارآیی برتر آن ، مطالعه دستگاه را ادامه داده اند. در جدیدترین مطالعه ، این گروه از طیف وسیعی از تکنیک های پیشرفته میکروسکوپ و طیف سنجی برای مشاهده مواد در حال استفاده استفاده کردند و برخی از شگفتی ها را کشف کردند.

در حالی که انتظار می رود دستگاه فتوسنتز مصنوعی در طی چند ساعت با فرسودگی مواد ، عملکرد خود را کاهش دهد ، اما این دستگاه با گذشت زمان کارآمدتر می شود. مشاهدات دانشمندان نشان داد که با استفاده از این سیستم ، قسمتهای بالای برج نیترید گالیم با جذب اکسیژن و به دست آوردن خواص جدید ، مکانهای جدیدی را برای تولید هیدروژن تشکیل داده و به ماده ای معروف می شود که به گالیم اکسینیترید معروف است.

A scientists tinkers with a self-improving artificial photosynthesis device developed by US researchers

فرانچسکا توما « Francesca Toma» نویسنده ارشد مقاله گفت: ما یک ویژگی غیرمعمول در مواد کشف کردیم که باعث می شود کارایی و ثبات بیشتری داشته باشد. کشف ما یک تغییر دهنده واقعی بازی است. من هرگز چنین ثباتی را ندیده ام.

برای مراحل بعدی ، دانشمندان با استفاده از این ماده به عنوان بخشی از یک سلول فتوالکتروشیمیایی کامل برای تقسیم آب ، شامل کاوش در مورد چگونگی پایداری بیشتر این سیستم ها در مواد مشابه هستند.

مای گفت: این همکاری به شناسایی مکانیزمهای اساسی کمک کرد که چرا این ماده به جای تخریب ، از مقاومت و کارایی بیشتری برخوردار است.  یافته های حاصل از این کار به ما کمک می کند تا دستگاه های فتوسنتز مصنوعی با هزینه کمتری را طراحی و بسازیم.