محققان در دانشگاه تحصیلات تکمیلی موفق به ساخت برگ مصنوعی شدند که طراحي سيستم هاي كاتاليزوري براي فتوسنتز مصنوعي با قابليت بالا از اهداف این انجام این طرح است.

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، محققان در دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران معاونت علمی موفق به ساخت یک برگ مصنوعی شدند.

 هدف از این پروژه ساخت يك برگ مصنوعي با قابليت اكسايش و كاهش آب يا كربن دي اكسيد با استفاده از نور كاتاليزگرهاي فعال در شرايط مختلف نوري و الكتروشيميايي است. با توجه به اهميت سوخت هاي هيدروژني به عنوان جايگزين سوخت هاي فسيلي، استفاده از منبع ارزان و در دسترس خورشيد و كاتاليزگرهاي ارزان قيمت و غير سمي مي‌تواند از اهميت بالايي برخوردار باشد. كاهش كربن دي‌اكسيد نيز از جنبه‌هاي مختلف بسيار مهم است. بنابراین می توان طراحي سيستم هاي كاتاليزوري براي فتوسنتز مصنوعي با قابليت بالا را از اهداف این طرح دانست.

همچنین درباره ضرورت اجرای این طرح نیز باید بیان کرد، با توجه به مسئله بحران انرژي در دنيا ، محققان و پژوهشگران به دنبال اين هستند تا از انرژي هاي در دسترس، ارزان قيمت و ايمن در ساخت و تهيه مواد مهم صنعتي استفاده شود. بنابراین استفاده از نيمه رساناهاي با قابليت برانگيختگي در نور مرئي براي اکسايش آب به اکسيژن و هيدروژن از اهميت ويژه اي بر خوردار است. در این میان طراحي سيستم هايي که بتوانند قابليت جدايي ناقلين بار و فعاليت نور کاتاليزگري بالايي را در اين واکنش فراهم کنند مهم و قابل بررسي است.

بر اساس این گزارش، فتوسنتز مصنوعي يک زمينه تحقيقاتي است که هدف آن تقليد هوشمندانه از فرايند طبيعي فتوسنتز و توليد مواد و انرژي با استفاده از نور خورشيد است. اين اصطلاح معمولا به هر طرح که شامل گرفتن انرژي از نور خورشيد و ذخيره آن در پيوندهاي شيميايي باشد اشاره مي کند. تجزيه آب يا الکتروليز نوري، شکل هاي از فتوسنتز مصنوعي است که با استفاده از نور خورشيد آب را به هيدروژن و اکسيژن تبديل مي کند. برگ مصنوعي شامل اکسايش آب با کاتاليزورهاي اکسنده و کاهنده در شرايط خنثي است.

همچنین کاتاليزگرها به ويژه نيمه رساناها با قابليت توليد الکترون و حفره در اثر جذب نور نقش مهمي در تبديل انرژي نوراني به شيميايي ايفا مي کنند. نيمه رساناهاي با گاف انرژي کوچک به خوبي در نور مرئي فعال مي شوند. اما مشکل اصلي در اين مورد باز ترکيب الکترون - حفره و در نتيجه کاهش فعاليت نور کاتاليزگري است. قرارگيري نيمه رساناهاي با سطوح متفاوت باند هدايت و ظرفيت در کنار هم و يا قرارگيري فلزات بر روي سطح مي تواند باعث کاهش باز ترکيب حاملين بار و در نتيجه افزايش فعاليت نور کاتاليزگري شود. نيمه رسانا به دو دسته نوع n  و نوع p تقسيم مي شوند. در نوع n اکثريت ناقلین بار الکترون ها و در نوع p رسانش در اثر حرکت حفره در لايه ظرفيت ايجاد مي¬شود. از نيمه رساناهاي نوع n مي¬توان به ZnO و TiO2, WO3, Fe2O3, BiVO4 و نوع p  به  CuFeO2, CuFeS2, CuO2 و g-C3N4 اشاره کرد.

از اهداف اين طرح استفاده از نيمه رساناي فعال در نور مرئي براي اکسايش آب است. بنابراين براي افزايش فعاليت نور کاتاليزگرها طراحي ساختارهايي شامل اتصال دو نيمه رسانا بطور مستقيم و يا برروي الکترودهاي آند و کاتد سل هاي فوتو الکترو به منظور افزايش جدايي بار پيشنهاد شد. سيستم طرح Z بعنوان الگويي از فتوسنتز طبيعي ، شامل دو کروموفور جداگانه از ترکيبات فعال نوري است. طراحي اين سيستم امکان توليد اکسيژن و هيدروژن در نيمه پيل هاي جداگانه، امکان جدايي ناقلين بار و در نتيجه افزايش فعاليت نور کاتاليزوري را به همراه دارد.

انتهای پیام/25