دانشگاه رایس: ساخت پیل خورشیدی با امکان تجزیه مولکول‌های آب
محققان دانشگاه رایس موفق به ارائه روشی با کارایی بالا برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید شدند. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Direct Plasmon-Driven Photoelectrocatalysis در نشریه Nano Letters منتشر شده‌است.
در این فناوری از نانوذرات طلا برای جذب انرژی خورشیدی استفاده شده‌است. تابش نور موجب تحریک الکترون‌های موجود در سطح نانوذرات طلا شده و در نتیجه الکترون‌های داغ تشکیل می‌شوند. این الکترون‌ها می‌توانند برای انجام واکنش شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.
بخشی از انرژی موجود در الکترون‌های داغ به‌صورت حرارت آزاد می‌شود. هر قدر که بتوان مانع از تولید حرارت شد، کارایی پیل خورشیدی افزایش بیشتری می‌یابد.
در این پروژه، نور در نانوذرات به دام می‌افتد و تبدیل به پلاسمون می‌شود. پلاسمون‌ها امواج الکترونی هستند که همانند یک سیال در سطح نانوذرات جریان دارند. پلاسمون‌ها دارای حالت‌های انرژی بالا بوده و عمر کوتاه دارند. این گروه تحقیقاتی موفق به تبدیل انرژی پلاسمونیک به گرما یا نور شدند. نانوذرات پلاسمونیک یکی از ابزارهای بسیار مهم در تولید انرژی هستند.
این گروه تحقیقاتی سیستمی ارائه کردند که در آن از الکترون داغ برای جدا کردن اجزاء آب و تولید اکسیژن و هیدروژن استفاده می‌شود. از این دو می‌توان در پیل سوختی و ادوات الکتروشیمیایی استفاده کرد.
این گروه در ابتدا راهی برای جدا کردن حفره‌های الکترونی از الکترون‌ها یافتند. یکی از دلایل عمر کوتاه الکترون‌ها، ترکیب آن با حفره‌هاست. پژوهشگران با طراحی ویژه‌ای موجب جدا شدن الکترون از سیستم شدند. حفره‌ها می‌توانند از این سیستم عبور کنند، در حالی که الکترون‌ها در مسیر دیگری به حرکت در می‌آیند.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،برای این کار پژوهشگران از یک ساختار سه لایه استفاده کردند که در لایه زیرین، لایه نازکی از آلومینیوم قرار دارد. این لایه با استفاده از اکسید نیکل شفاف پوشانده شده‌است. در سطح بالایی این سیستم نیز نانوذرات طلا قرار دارد که به صورت خوشه‌های 10 تا 30 نانومتری قرار دارند.
تابش نور به این سیستم موجب تولید الکترون داغ در سطح آلومینیوم می‌شود. حفره‌های تولید شده به راحتی از میان اکسید نیکل عبور می‌کنند در حالی که الکترون‌ها نمی‌توانند از آن عبور کنند. بنابراین، الکترون‌ها در سطح طلا باقی می‌مانند. نانوذرات طلا در این فرآیند برای تجزیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.
