Yapılan yeni bir araştırma, güneş enerjisinden yararlanmada adeta bir çığır açıyor. Geliştirilen malzeme sayesinde hem güneş enerjisi hem de hidrojen üretiliyor.
LMU‘daki araştırmacılar, kısa bir süre önce güneş enerjisinden daha verimli bir şekilde yararlanma amacıyla çığır açan bir adım attıklarını duyurdular. LMU araştırmacıları, güneş enerjisi kullanımında devrim yaratabilecek yüksek performanslı nano yapılar geliştirmek amacıyla nanoteknolojinin karmaşık dünyasına daldılar. Bu çabaların sonucunda ise iki boyutlu bir süper kristal malzeme ortaya çıktı. Bu malzeme, güneş enerjisi alanındaki kritik sorunları çözmenin yanı sıra hidrojen üretimi için de önemli bir kapı açıyor.
Yenilenebilir Enerjide Önemli Gelişme
Güneş ışığını yakalamak ve enerji üretmek temel olarak zorlu bir süreçtir. İlk olarak, güneş ışığı dünyaya “seyreltilmiş” bir şekilde ulaşır, bu nedenle alan başına düşen enerji nispeten düşük seviyededir. Geleneksel güneş panelleri, bu sorunu geniş yüzeyleri kaplayarak çözer. Ancak LMU’daki araştırmacılar, farklı bir yaklaşım benimsemektedirler. Nature Catalysis dergisindeki yeni bir yayında, sadece rekor kırmakla kalmayıp aynı zamanda enerji seyreltme çıkmazına potansiyel bir çözüm sunan iki boyutlu bir süper kristal geliştirmişlerdir.
Ekibin yeniliği, güneş enerjisini yoğunlaştıran minyatür mıknatıslar gibi davranan plazmonik nano yapılarda yatıyor. Ekip, altın gibi plazmonik bir metalden 100-200 nanometre aralığında parçacıklar oluşturduklarını söylüyor. Bu ölçekte, görünür ışık altının elektronlarıyla çok güçlü bir şekilde etkileşime girerek rezonanslı bir şekilde salınmalarına neden oluyor. Araştırma ekibinde bulunan, fizik ve enerji dönüşümü alanlarında önde gelen isimlerden biri olan Profesör Emiliano Cortés, süreci bir süper lense benzeterek şunları söyledi: “Gelen ışık için bu güçlü bir değişimdir, böylece daha sonra metalik nanoparçacıkla çok daha güçlü bir şekilde etkileşime giriyor. Bizim nanomalzemelerimiz bunu moleküler ölçekte yapıyor.” Bu durum, nanoparçacıkların daha fazla güneş ışığı yakalama kabiliyeti sayesinde çok yüksek enerjili elektronların ortaya çıkmasına neden oluyor.
Hidrojen Üretimi Sağlandı
Bu süreci daha da geliştirmek amacıyla araştırmacılar, altın parçacıklarının benzersiz bir düzenlemesini kullanarak ışık emiliminin önemli ölçüde arttığı “sıcak noktalar” oluşturdular. Güçlü bir katalizör malzeme olan platin nanopartiküller bu sıcak noktalara yerleştirildi. Platin, güneş ışığını zayıf bir şekilde emdiği için fotokataliz için tercih edilen bir malzeme değildir, ancak bu zayıf emilimi artırmak ve ışık enerjisiyle kimyasal reaksiyonları güçlendirmek için bu sıcak noktalar kullanılabilir. Ekibin araştırmasında, reaksiyonun formik asidi hidrojene dönüştürdüğü gözlemlendi.
Ekip, yaptığı açıklamada, “Bu malzeme, güneş ışığı ile yeşil hidrojen üretiminde dünya rekorunu elinde tutuyor” dedi. Saatte ve bir gram katalizör başına 139 milimol hidrojen üretim hızıyla, bu fotokatalitik malzeme, yeşil hidrojen üretimi arayışında oyunun kurallarını değiştirecek nitelikte. Hidrojen üretimi şu anda büyük ölçüde başta doğal gaz olmak üzere fosil yakıtlara dayanmaktadır. Plazmonik ve katalitik metalleri birleştirmek ise daha yeşil bir çözüm sunmaktadır.
Ekibin geliştirdiği patentli malzeme sadece daha verimli hidrojen üretimi vaat etmekle kalmıyor, aynı zamanda CO2’nin kullanılabilir maddelere dönüştürülmesi gibi diğer reaksiyonlardaki potansiyel uygulamalar için de kapı açıyor.
