دستیابی به لایه مولکولی با توانایی جذب و ذخیره‌ نور خورشید بدون پنل‌ خورشیدی

دانشمندان به یک دستاورد جدید در تحقیقات خود برای بازیافت دی اکسید کربن اتمسفر زمین و تبدیل آن به سوخت های فاقد آلایندگی رسیده اند. تیمی بین المللی از شیمیدان ها به سرپرستیلیانگ شی لیازدانشگاه ایندیانادر این تحقیق حضور داشت.

این محققان مولکولی طراحی کرده اند که از الکتریسیته یا نور برای تبدیل بهتر دی اکسید کربن به مونوکسید کربن، نسبت به سایر روش های کاهش آلایندگی، استفاده می کند. دی اکسید کربن یک گاز گلخانه ای است، درحالی که مونوکسید کربن یک منبع سوختی فاقد آلاینده است.

لی که دانشیار کالج هنر و علومآی یو بلومینگتوندر بخش شیمی است، می گوید:

اگر یک مولکول کاملاً بهینه برای این واکنش تولید شود، می تواند انرژی رایگان و قابل ذخیره در قالب سوخت تولید کند. این مطالعه پیشرفتی شگرف در این راستا است.

زمانی که سوختی مانند مونوکسید کربن می سوزد، انرژی آزادمی کندو دی اکسید کربن تولید می شود. تبدیل مجدد دی اکسید کربن به سوخت، نیازمند حداقل همان میزان انرژی است. دانشمندان در حال تلاش برای یافتن راه هایی برایکاهش این انرژی مازاد هستند.

دستاورد مولکولی لی نیز دقیقاً همان است. این شیوه نیازمند کمترین میزان از انرژی استو منجر به تولید مونوکسید کربن می شود. این مولکول یک نانوگرافنرنیممتصل به یک ترکیب ارگانیک با نامبی پیریدیناست و یک واکنش کاملاً مؤثر برای تبدیل دی اکسید کربن به مونوکسید کربن را فعال می کند. این قابلیت برای ساخت مونوکسید کربن به دلیل تطبیق پذیری مولکول، انحصاری و سودمند است.

لی توضیح داد که مونوکسید کربن یک ماده ی خام مهم در بسیاری از فرآیندهای صنعتی است. می توان از این ماده در ذخیره سازی انرژی به عنوان یک سوخت فاقد آلاینده استفاده کرد؛ زیرا هیچ کربنی از این سوخت وارد اتمسفر نمی شود. چیزی که از این سوخت آزاد می شود، همانانرژی خورشیدیاست که در تولید آن به کار رفته بود.

نانوگرافن، یک ذره ی گرافیت (نوع شایعی از کربن)در ابعاد نانومتر است و راز این بهره وری مولکولی محسوب می شود. ازآنجایی که این ماده رنگ تیره ای دارد، می تواند مقادیر فراوانی نور خورشید جذب کند.

لی افزود که انواع ترکیبات فلزیپیچیده بی پیریدین، به منظور کاهش تولید دی اکسید کربن نسبت به مونوکسید کربن با نور خورشید در بلندمدت، مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال، چنین مولکول هایی تنها توانایی استفاده بخش اندکی از نور خورشید، به خصوص در دامنه فرابنفش، دارند. این بخش از دید چشم غیر مسلح پنهان است. با این حال، مولکول ساخته شده در دانشگاه IU از قدرت جذب نور نانوگرافن برای ایجاد یک واکنش که از نور خورشید در طول موج بالای ۶۰۰ نانومتر استفاده می کند، بهره می برد. به این معنی که بخش اعظمی از طیف نورِ قابل مشاهده، مورد استفاده قرار می گیرد.

این مولکول اساساً نقش یک سیستم دوقسمتی را ایفا می کند که شامل یک موتور یا همان اتم رنیم است که مونوکسید کربن تولید می کند؛ و همچنین یک جذب کننده ی انرژی یا همان نانوگرافن که انرژی را از نور خورشید جذب می کند. این جذب کننده ی انرژی، جریان الکترون ها به اتم رنیم را مستقیمو مرتباً دی اکسید کربن را به مونوکسید کربن تبدیل می کند.

تلاش های اولیه ی لی برای ساخت یک سلول خورشیدی کارآمدتر با کربنی مبتنی بر ماده، منجر به ایده ی پیوند نانوگرافن به فلز در زمانی شد که آن ها در حال انجام تحقیق روی این موضوع بودند؛ آیا می توان سلول های خورشیدی را حذف و تنها از نانوگرافن برای انجام واکنش استفاده کرد یا خیر.

لی به دنبال ساخت مولکولی قدرتمندتر در آینده است. این کار به عمر مولکول می افزاید و امکان بقای آن در یک قالب غیر مایع، در دنیای واقعی را میسر می کند؛ استفاده از کریستال های جامد به مراتب آسان تر است. از آنجایی که رنیم یک عنصر نادر است و قیمت بالایی دارد، لی در حال کار برای جایگزینی این ماده با منگنز است. فلزی که همه جا هست و قیمت پایینی دارد.

این مقاله در مجله یAmerican Chemical Societyبه چاپ رسیده است.