ความก้าวหน้าในการสลายโฟโตไลซิสของน้ำด้วยแสงอาทิตย์สำหรับการผลิตไฮโดรเจน!

การแนะนำกลยุทธ์ "คาร์บอนพีค" และ "คาร์บอนเป็นกลาง" ได้นำไปสู่การลดการปล่อยคาร์บอน โดยไฮโดรเจนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในฐานะเชื้อเพลิงสะอาด ในทางกลับกัน ไฮโดรเจนยังจำเป็นสำหรับกระบวนการทางเคมีหลายอย่าง เช่น การผลิตปุ๋ย อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน ไฮโดรเจนได้มาจากการแปลงน้ำและก๊าซเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่เพียงแต่สร้างการปล่อยคาร์บอนในปริมาณมาก แต่ยังใช้พลังงานความร้อนจำนวนมากอีกด้วย

การสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติ (พืชใช้แสงแดดเพื่อให้ได้อะตอมไฮโดรเจนจากน้ำ) เป็นที่รู้จักกันดี แต่มีเทคนิค "การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียม" เพื่อให้ได้ไฮโดรเจนหรือไม่? การผลิตไฮโดรเจนด้วยโฟโตคะตาไลติกโดยอาศัยการไฮโดรไลซิสทั้งหมดเป็นเทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน ซึ่งใช้เพียงแสงแดดและน้ำเท่านั้น และไม่ก่อให้เกิดการปล่อยคาร์บอน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนต่ำ (STH) ของโฟโตคะตาไลติก THM ในปัจจุบันจำกัดการใช้งานจริง

ด้วยเหตุนี้ ทีมงานของศาสตราจารย์โยเนซาวะแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกนจึงได้พัฒนากลยุทธ์เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพของ STH สูงถึงร้อยละ 9.2 โดยใช้น้ำบริสุทธิ์ แสงแดดเข้มข้น และตัวเร่งปฏิกิริยาอินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ ซึ่งเลียนแบบขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติ การทดลองกลางแจ้งแสดงให้เห็นว่าเป็นการก้าวกระโดดครั้งสำคัญของเทคโนโลยี โดยมีประสิทธิภาพมากกว่าการทดลองแยกน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ที่เทียบเคียงได้เกือบ 10 เท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าการแตกตัวของน้ำทั้งหมดด้วยโฟโตคะตาไลติกบนพื้นผิว InGaN/GaN ไม่เพียงแต่ส่งเสริมปฏิกิริยาการสลายตัวของน้ำไปข้างหน้า แต่ยังยับยั้งปฏิกิริยาเชิงซ้อนของไฮโดรเจน-ออกซิเจนแบบย้อนกลับผ่านเอฟเฟกต์ความร้อนอินฟราเรดที่เกิดจากแสงแดดที่มีความเข้มข้นสูง ทำให้สามารถ เส้นลวดนาโน InGaN แสดงประสิทธิภาพการแตกตัวของน้ำทั้งหมดด้วยโฟโตคะตาไลติกที่สูงมาก ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุดในหัวข้อ "ประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์กับไฮโดรเจนมากกว่า 9 เปอร์เซ็นต์ในการแยกน้ำด้วยโฟโตคะทาไลติก"