مسیری پایدار برای فرایند های فتوشیمیایی نیازمند به انرژی

به گزارش سیناپرس همدان، بسیاری از فرآیندهای فتوشیمیایی متکی به نور UV از منابع نور ناکارآمد یا سمی هستند که فناوری LED به دلایل فنی نمی تواند جایگزین آنها شود. یک تیم بین المللی از دانشمندان به رهبری پروفسور کریستوف کرزیگ از دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز (JGU) در آلمان و پروفسور نوبوهیرو یانای از دانشگاه کیوشو در ژاپن، اکنون اولین سیستم مولکولی را برای تبدیل نور آبی به فوتون های پر انرژی UV با طول موج زیر 315 نانومتر توسعه داده اند.

این فوتون ها در محدوده به اصطلاح UVB برای بسیاری از فرآیندهای فتوشیمیایی در زمینه تبدیل نور به انرژی، گندزدایی یا حتی کاربردهای تصفیه فاضلاب ضروری هستند. با این حال، نور خورشید نمی تواند فوتون های UVB را فراهم کند و تولید مصنوعی آنها معمولاً به لامپ های جیوه یا سایر جایگزین های بسیار ناکارآمد متکی است.

یافته‌های جدید نشان می‌دهد که یک سیستم تبدیل فوتون بدون فلز (UC) می‌تواند نور مرئی در دسترس را به فوتون‌های UVB تبدیل کند. از این رو، این پیشرفت را می توان به عنوان یک رویکرد دوستدار محیط زیست در نظر گرفت. کاربردهای اولیه بدون جیوه قبلاً در آزمایشگاه نشان داده شده است.

تحقیق مشترک با سنت طولانی

هر دو گروه تحقیقاتی چندین سال پیش کار روی تبدیل مجدد را آغاز کردند. تبدیل مجدد فرآیندی است که در آن جذب دو فوتون با انرژی کمتر منجر به گسیل یک فوتون با انرژی بالاتر می شود. این تکنیک برای افزایش کارایی سلول های خورشیدی، عمدتاً با تبدیل فوتون های کم انرژی در ناحیه مادون قرمز، توسعه یافته است.

پروفسور کرزیگ از دپارتمان شیمی دانشگاه ماینتس توضیح داد: در مقابل، فوتون‌های UV بسیار پرانرژی زمانی که از نور آبی به عنوان منبع انرژی استفاده می‌شود، در دسترس هستند.

مولکول‌های ویژه در ماینتس تهیه شده‌اند و با یک دستگاه لیزر در مقیاس بزرگ جدید که اخیراً در گروه Kerzig نصب شده است مشخص شده‌اند. علاوه بر این، تکنیک‌های طیف‌سنجی ویژه‌ای در آزمایشگاه پروفسور نوبوهیرو یانای برای درک عملکرد سیستم تبدیل مجدد به‌کار گرفته شده است.

در حالی که مقاله حاضر اولین همکاری بین گروه کرزیگ و یانای را نشان می‌دهد، گروه‌های شیمی هر دو دانشگاه دارای یک برنامه تبادل دانشجو هستند. این همکاری جدید باعث تقویت بیشتر شبکه بین ماینتس و کیوشو خواهد شد.

توسعه مواد تبدیل مجدد قابل استفاده مجدد

دانشمندان از یک LED آبی تجاری به عنوان منبع نور استفاده کردند و از نور UV تولید شده برای جدا کردن پیوندهای شیمیایی قوی استفاده کردند که در غیر این صورت به شرایط واکنش بسیار سخت نیاز داشت. علاوه بر این، با استفاده از راه اندازی لیزر، Till Zähringer دانشجو دکتری در ماینز موفق شد تمام واسطه ها را در مکانیسم پیچیده تبدیل انرژی مشاهده کند.

پروفسور Nobuhiro Yanai گفت: هدف بعدی ما توسعه مواد قابل استفاده مجدد برای کاربردهای همه کاره است.

گروه او در کیوشو به دلیل توسعه مواد فوتواکتیو شناخته شده است. ترکیب علم مواد، فتوشیمی و فوتوکاتالیز در چارچوب همکاری کیوشو ماینز، راه را برای این هدف بلندپروازانه هموار خواهد کرد.

این تحقیق در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.

منبع: phys.org

مترجم: سید سپهر ارومیهء