Cercetătorii de la Departamentul de Chimie de la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill au conceput nanofire de siliciu care pot transforma lumina solară în electricitate prin împărțirea apei în oxigen și hidrogen gazos, o alternativă ecologică la combustibilii fosili, conform Phys.
În urmă cu 50 de ani, oamenii de știință au demonstrat că apa lichidă poate fi împărțită în oxigen și hidrogen gazos. Acest lucru se face folosin electricitatea produsă prin iluminarea unui electrod semiconductor. Deși hidrogenul generat folosind energia solară este o formă promițătoare de energie curată, eficiența scăzută și costurile ridicate au împiedicat introducerea centralelor comerciale cu hidrogen alimentate cu energie solară.
O analiză de fezabilitate economică sugerează că utilizarea unui șlam de electrozi fabricați din nanoparticule în locul unui design rigid de panou solar ar putea reduce substanțial costurile. Hidrogenul produs de energie solară ar fi astfel competitiv cu combustibilii fosili. Cu toate acestea, majoritatea catalizatorilor activi de lumină pe bază de particule, denumiți și fotocatalizatori, pot absorbi doar radiația ultravioletă. Astfel, se limitează eficiența lor de conversie a energiei sub iluminarea solară.
James Cahoon, Ph.D., profesor de chimie al Fundației Hyde Family la Colegiul de Arte și Științe din UNC-Chapel Hill, și colegii săi din departament au lucrat la sinteza chimică a nanomaterialelor semiconductoare cu proprietăți fizice unice care pot permite o gamă largă de de tehnologii, de la celule solare la memorie solid-state. Cahoon este autorul corespondent al descoperirilor publicate pe 9 februarie în Nature.
Alternativă ecologică la combustibilii fosili, dezvoltată de cercetători
Cercetătorii au proiectat noi nanofire de siliciu pentru a avea mai multe celule solare de-a lungul axei lor. Prin acest lucru, ei pot produce puterea necesară pentru a împărți apa.
„Acest design este fără precedent în proiectele anterioare de reactoare. El permite utilizarea siliciului pentru prima dată într-un PSR”, a explicat Taylor Teitsworth.
Siliciul absoarbe atât lumina vizibilă, cât și cea infraroșie. Din punct de vedere istoric, a fost o alegere de top pentru celulele solare, denumite și celule fotovoltaice și semiconductori, datorită acestei proprietăți și altor proprietăți, inclusiv abundența, toxicitatea scăzută și stabilitatea. Datorită proprietăților sale electronice, singura modalitate de a diviza apa cu particule de siliciu este codificarea mai multor celule fotovoltaice în fiecare particulă. Acest lucru poate fi realizat prin generarea de particule care conțin mai multe joncțiuni, între două forme diferite de siliciu.
„Am folosit această abordare pentru a crea o nouă clasă de nanoparticule multijoncții care divizează apa. Acestea combină avantajele materiale și economice ale siliciului cu avantajele fotonice ale nanofirelor. Acestea au un diametru mai mic decât lungimea de undă a luminii absorbite”, a spus Cahoon.
„Datorită asimetriei inerente a joncțiunilor firelor, am putut folosi o metodă electrochimică condusă de lumină. Prin aceasta, am depus co-catalizatorii selectiv pe capetele firelor pentru a permite despicarea apei”, a adăugat el.
