चीन ने पानी को ईंधन में परिवर्तित करने के अनुसंधान में एक नई सफलता हासिल की है।

शिन्हुआ न्यूज एजेंसी के अनुसार, संबंधित शोध परिणाम 8 अप्रैल को जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित हुए थे।

7 अप्रैल को शेनयांग मैटेरियल्स रिसर्च सेंटर - इंस्टीट्यूट ऑफ मेटल्स रिसर्च, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज में वैज्ञानिक संशोधित टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) सेमीकंडक्टर फोटोकैटलिटिक सामग्री के नमूने का परीक्षण कर रहे हैं। फोटो: शिन्हुआ न्यूज एजेंसी

पंद्रह सौ साल पहले, विज्ञान कथा लेखक जूल्स वर्न ने भविष्यवाणी की थी कि पानी भविष्य का सर्वोत्कृष्ट ईंधन बनेगा। आज, वैज्ञानिक उस भविष्यवाणी को साकार करने के लिए काम कर रहे हैं।

चीनी विज्ञान अकादमी के अंतर्गत धातु अनुसंधान संस्थान के निदेशक और अनुसंधान दल के प्रमुख लियू गैंग ने कहा कि चीनी वैज्ञानिक अनुसंधान समूह ने हाल ही में "हाइड्रोजन उत्पादन के लिए फोटोकैटलिटिक जल विभाजन" के क्षेत्र में एक बड़ी सफलता हासिल की है।

फोटोकैटलिटिक सेमीकंडक्टर पदार्थ टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) में "पुनर्गठन" और "तत्व प्रतिस्थापन" के माध्यम से, टीम ने सूर्य के प्रकाश से सीधे हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने की दक्षता में उल्लेखनीय सुधार किया।

संबंधित शोध निष्कर्ष 8 अप्रैल को जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी में प्रकाशित हुए थे।

वर्तमान में, सौर ऊर्जा से हाइड्रोजन उत्पादन के दो मुख्य तरीके हैं।

एक विधि यह है कि बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर पैनलों का उपयोग किया जाए, फिर पानी का विद्युतीकरण किया जाए - हालांकि यह अत्यधिक कुशल है, उपकरण जटिल और महंगा है।

दूसरी विधि सूर्य के प्रकाश का उपयोग करके प्रत्यक्ष फोटोलाइसिस है - जिसमें टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसी अर्धचालक सामग्री का उपयोग सूर्य के प्रकाश के तहत "पानी को विभाजित" करने के लिए किया जाता है।

लियू गैंग की टीम ने अपना शोध दूसरी विधि पर केंद्रित किया।

इस स्पष्टीकरण के अनुसार, टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग करके जल विखंडन की पारंपरिक विधि में एक बड़ी बाधा है: जब टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर प्रकाश पड़ता है, तो इसके अंदर आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन और होल) उत्पन्न होते हैं, जो जल विखंडन के "उपकरण" होते हैं। हालांकि, ये इलेक्ट्रॉन और होल अस्थिर होते हैं।

लियू गैंग ने समझाया: “इलेक्ट्रॉन और होल उन रेस कारों की तरह हैं जो रास्ता भटक गई हैं और भौतिक संरचनाओं के एक भूलभुलैया में बेतरतीब ढंग से टकरा रही हैं; इनमें से अधिकांश एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से के भीतर पुनर्संयोजित होकर गायब हो जाएंगी। इसके अलावा, उच्च तापमान पर निर्माण प्रक्रिया के कारण अक्सर ऑक्सीजन परमाणु अपने स्थान से हट जाते हैं, जिससे ऑक्सीजन रिक्तियां बनती हैं और इलेक्ट्रॉन फंस जाते हैं, ये सभी कारक फोटोकैटलिटिक प्रतिक्रिया की दक्षता को कम कर देते हैं।”

इस समस्या को दूर करने के लिए, शोध दल ने आवर्त सारणी में टाइटेनियम के एक "पड़ोसी" तत्व - स्कैंडियम (Sc) - को रचनात्मक रूप से शामिल किया, ताकि टाइटेनियम डाइऑक्साइड में सुधार किया जा सके। परिणामों से पता चला कि स्कैंडियम के तीन प्रमुख लाभ हैं:

सबसे पहले, Sc की आयनिक त्रिज्या Ti के बराबर है, इसलिए इसे संरचना को विकृत किए बिना क्रिस्टल जाली में समाहित किया जा सकता है।

दूसरे, Sc की स्थिर संयोजकता अवस्था ऑक्सीजन अंतराल के कारण होने वाले आवेश असंतुलन को बेअसर करने में मदद करती है।

तीसरा, Sc आयन क्रिस्टल की सतह को पुनर्गठित कर सकते हैं, जिससे एक विशेष सतह संरचना बनती है, ठीक उसी तरह जैसे "इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के लिए राजमार्ग और चौराहे" बनाना, जिससे उन्हें भूलभुलैया से अधिक आसानी से बाहर निकलने में मदद मिलती है।

अत्याधुनिक समायोजनों की बदौलत, टीम ने उत्कृष्ट प्रदर्शन वाले टाइटेनियम डाइऑक्साइड का सफलतापूर्वक निर्माण किया: इसकी पराबैंगनी अवशोषण क्षमता 30% से अधिक थी, और कृत्रिम सूर्यप्रकाश के तहत इसकी हाइड्रोजन उत्पादन दक्षता समान सामग्रियों की तुलना में 15 गुना बढ़ गई, जिससे इस सामग्री प्रणाली में एक नया रिकॉर्ड स्थापित हुआ।

श्री लियू गैंग ने कहा: "यदि इस सामग्री का उपयोग 1 वर्ग मीटर का फोटोकैटलिटिक पैनल बनाने के लिए किया जाता है, तो सूर्य के प्रकाश में यह प्रति दिन लगभग 10 लीटर हाइड्रोजन गैस का उत्पादन कर सकता है।"

शोधकर्ताओं ने बताया कि टाइटेनियम डाइऑक्साइड उद्योग में व्यापक रूप से प्रयुक्त होने वाला एक अकार्बनिक पदार्थ है, जिसका वैश्विक उत्पादन में 50% से अधिक हिस्सा चीन का है, जिससे एक संपूर्ण औद्योगिक श्रृंखला का निर्माण होता है। इसके अलावा, चीन के पास दुर्लभ पृथ्वी तत्व स्कैंडियम का विश्व का सबसे बड़ा भंडार भी है। इससे भविष्य में फोटोकैटलिटिक पदार्थों के विकास और अनुप्रयोग के लिए एक संभावित औद्योगिक लाभ प्राप्त होता है।

फोटोवोल्टाइक जल विभाजन की दक्षता में लगातार सुधार होने के साथ, इस तकनीक में औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन में अनुप्रयोग की क्षमता है, जो वैश्विक ऊर्जा संरचना के परिवर्तन को गति प्रदान करेगी।

स्रोत: https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/trung-quoc-dat-dot-pha-moi-trong-tien-trinh-nghien-cuu-bien-nuoc-thanh-nhien-lieu-20250409112539937.htm