ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เปิดใช้งานด้วยแสงทำให้เครื่องแยกน้ำเกือบสมบูรณ์แบบ

การใช้แสงแดดในการย่อยสลายน้ำอาจเป็นวิธีที่สะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน แต่โฟโตคะตาลิสต์ตามธรรมเนียมที่ใช้ในการส่งเสริมกระบวนการนี้ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาระบบแบบจำลองโดยอิงจากสตรอนเทียมไททาเนตซึ่งมีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกที่ 96% ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกือบจะสมบูรณ์แบบนั้นเป็นไปได้

เนื่องจากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนทำให้ได้น้ำ

บริสุทธิ์เป็นของเสียเท่านั้น จึงมักถูกขนานนามว่าเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ข้อแม้คือการเป็น “สีเขียว” อย่างแท้จริง ไฮโดรเจนเองจะต้องถูกผลิตขึ้นโดยใช้พลังงานหมุนเวียน การแยกน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งแสงแดดส่องไปที่สารแขวนลอยที่เป็นน้ำของอนุภาคเซมิคอนดักเตอร์ที่กระตุ้นด้วยแสง เป็นวิธีหนึ่งในการผลิตไฮโดรเจนอย่างหมดจด เมื่ออนุภาคเหล่านี้ดูดซับโฟตอนแสงอาทิตย์ คู่อิเล็กตรอนที่เป็นผลลัพธ์จะเร่งการสลายตัวของน้ำ ปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมา

หลายบทบาทข้อเสียของวิธีนี้คือกระบวนการเร่งปฏิกิริยามีความซับซ้อนสูง ทำให้อนุภาคเซมิคอนดักเตอร์ต้องมีบทบาทหลายอย่างพร้อมกัน ประการแรก พวกมันจะต้องสามารถดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้องมีช่องว่างแคบๆ ใกล้ๆ กับจุดสูงสุด 500 นาโนเมตรของการปล่อยดวงอาทิตย์ ประการที่สอง พวกเขาจำเป็นต้องสร้างและแยกคู่อิเล็กตรอน-รู ประการที่สาม พวกเขาต้องยอมให้รูและอิเล็กตรอนเหล่านี้เดินทางไปยังส่วนต่อประสานระหว่างอนุภาคกับน้ำ และกระตุ้นการผลิตไฮโดรเจน (กระบวนการที่ต้องใช้อิเล็กตรอน) และออกซิเจน (กระบวนการที่ต้องใช้รู) จากน้ำ สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด พวกเขาจำเป็นต้องลดกระบวนการด้านที่ไม่ต้องการให้เหลือน้อยที่สุด (ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ) ที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอนไปพร้อมกัน

นั่นเป็นรายชื่อที่ยาวนาน และแม้ว่านักวิจัยจะค้นหาวัสดุ

โฟโตคะตาไลติกที่มีประสิทธิภาพมาเป็นเวลานาน แต่โฟโตคะตาลิสต์ทั่วไปมีประสิทธิภาพเชิงควอนตัมภายนอก (EQE) นั่นคือเศษส่วนของโฟตอนที่กระทบต่อระบบซึ่งจบลงด้วยการใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจน น้อยกว่า 10% กลยุทธ์การลดกลไกการสูญเสียในงานของพวกเขา ทีมนักวิจัยที่นำโดยKazunari Domenจากมหาวิทยาลัย Shinshu ในเมืองนากาโนะและมหาวิทยาลัยโตเกียวได้มุ่งเน้นไปที่สตรอนเทียมไททาเนต (SrTiO 3 ) 

ซึ่งเป็นเครื่องแยกน้ำด้วยโฟโตคะตาไลติกซึ่งถูกค้นพบในปี 1970 แม้ว่า SrTiO 3จะใช้ไม่ได้ในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงในโลกแห่งความเป็นจริง (มันสร้างคู่อิเล็กตรอน-รูโดยการดูดซับแสงใกล้อัลตราไวโอเลตมากกว่าแสงที่มองเห็นได้) นักวิจัยให้เหตุผลว่า อย่างไรก็ตาม มันเป็นระบบแบบจำลองที่ดีเพราะกลไกที่รับผิดชอบต่อการสูญเสียประสิทธิภาพของมันคือ เข้าใจดี

Domen และเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาวิธีการลดกลไกการสูญเสียใน SrTiO 3หลาย วิธี ประการแรกเกี่ยวข้องกับการระงับการรวมตัวของประจุประจุใหม่ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมตัวกันอีกครั้งก่อนที่พวกมันจะสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการแยกตัวของน้ำ เนื่องจากข้อบกพร่องในผลึกตาข่ายทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวมตัวใหม่ นักวิจัยจึงใช้การรักษาแบบฟลักซ์เพื่อปรับปรุงความเป็นผลึกของอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ซึ่งจะช่วยลดจำนวนข้อบกพร่องของโครงข่าย จากนั้นจึงลดจำนวนข้อบกพร่องทางเคมีในโครงตาข่ายด้วยการเติมอะลูมิเนียม

กลยุทธ์ที่สองของทีมคือการปราบปรามการรวมตัว

ของประจุอีกครั้งโดยใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนและรูในผลึก SrTiO 3 รวมตัว กันที่ด้านคริสตัลที่แตกต่างกัน พวกเขาทำสิ่งนี้โดยเลือกฝากตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมเฉพาะบนแง่มุมต่าง ๆ เพื่อเพิ่มการผลิตไฮโดรเจนที่ด้านการรวบรวมอิเล็กตรอนและการผลิตออกซิเจนที่ส่วนรวบรวมรู แม้ว่าแนวทางนี้จะไม่ใช่เรื่องใหม่ และได้รับการพัฒนาและขัดเกลาโดยกลุ่มวิจัยอื่นๆ Domen บอก กับ Physics Worldว่าในงานปัจจุบัน ทีมงานของเขาสามารถแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของแนวทางปฏิบัติ “ได้ชัดเจนกว่าการศึกษาครั้งก่อนๆ”

fullerenes หลายเปลือกเอาชนะ graphene ที่เร่งการแยกน้ำในที่สุด นักวิจัยได้ป้องกันปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่ต้องการ (ปฏิกิริยาลดออกซิเจน) โดยการห่อหุ้มตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมของโรเดียมสำหรับปฏิกิริยาที่ผลิตไฮโดรเจนไว้ในเปลือกป้องกันที่มีโครเมียมเป็นส่วนประกอบประสิทธิภาพควอนตัมภายในที่ใกล้เคียงกันด้วยการผสมผสานกลยุทธ์ทั้งสามนี้ ทีมงานได้แสดง EQE สูงถึง 96% สำหรับวัสดุของพวกเขาเมื่อถูกฉายรังสีด้วยแสงในช่วง 350-360 นาโนเมตร นี่แปลเป็นประสิทธิภาพควอนตัมภายใน (IQE) ซึ่งเป็นเศษส่วนของโฟตอนที่ถูกดูดกลืนซึ่งสามารถนำมาใช้ในการผลิตไฮโดรเจนที่มีความใกล้เคียงกัน ซึ่งหมายความว่าตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงเกือบจะสมบูรณ์แบบ

ตามคำกล่าวของCarlos Rodríguez-Navarroนักธรณีวิทยาที่มหาวิทยาลัยกรานาดาของสเปน ลุ่มน้ำเมดิเตอร์เรเนียนเต็มไปด้วยอนุสาวรีย์ที่สร้างจากหินปูนที่คล้ายกันมาก “คุณสามารถเห็นตัวอย่างที่สวยงามมากของอนุสาวรีย์ที่สร้างด้วยแคลคาเรไนต์ในซิซิลี ปูเกลีย หรือหมู่เกาะกรีก ดังนั้นการใช้งานที่เป็นไปได้ของการรักษาแบบใหม่นี้จึงเป็นไปได้อย่างไร้ขีดจำกัด”

ผู้เชี่ยวชาญในมรดกทางวัฒนธรรม Rodríguez-Navarro เตือนว่าความจำเป็นในการกำจัดตัวอย่างจากหินที่มีคุณค่าทางประวัติศาสตร์จะไม่ได้รับการสนับสนุนในสถานการณ์จริงมากมาย เขายังชี้ให้เห็นว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการไม่สามารถรับประกันได้ 100% ว่าการรักษาจะมีพฤติกรรมอย่างไรในโลกแห่งความเป็นจริง

กลุ่มของ Becerra ได้จดสิทธิบัตร Nanorepair UV และพวกเขากำลังหาพันธมิตรทางอุตสาหกรรมเพื่อขยายการผลิต พวกเขาอยู่ในขั้นตอนการทดสอบนาโนไลม์กับตัวอย่างครกโรมันจริง และกำลังศึกษาการใช้อนุภาคนาโนสำหรับวัตถุทางวัฒนธรรมอื่นๆ รวมทั้งหนังสือและกระดูก

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญที่เปิดเผยโดยการศึกษานี้คือโครงสร้างเหล็กในอยู่ที่ขีดจำกัดทางกลที่เกิดจากแรงเสียดทาน ความเสถียรของความยืดหยุ่น และต้นทุนที่เกิดขึ้นจากการบำรุงรักษาเนื้อเยื่อ ข้อจำกัดนี้ในที่สุดจะอธิบายความเป็นสากลที่พบในโครงสร้างเหล็กใน: ไม่ว่าขนาดของพวกมัน สิ่งมีชีวิตจะวิวัฒนาการจนกว่าผลพลอยได้ของพวกมันจะถึงขีดจำกัดเหล่านี้ ทำให้เหล็กในของพวกมันมาบรรจบกันที่รูปร่างเดียวกัน

Credit : coachfactoryoutletbo.net coachsfactoryoutletmns.net coast2coastpersonnel.com cooperationcommons.org countryriders.net