China mencapai satu kejayaan baharu dalam penyelidikan mengenai penukaran air kepada bahan api.

Kapsyen foto

Para saintis sedang memeriksa sampel bahan fotopemangkin semikonduktor titanium dioksida (TiO₂) yang diubah suai di Pusat Penyelidikan Bahan Shenyang – Institut Penyelidikan Logam, Akademi Sains China, pada 7 April. Foto: Agensi Berita Xinhua

Lima belas ratus tahun yang lalu, penulis fiksyen sains Jules Verne meramalkan bahawa air akan menjadi bahan api utama masa depan. Hari ini, saintis sedang berusaha untuk menjadikan ramalan itu satu kenyataan.

Liu Gang, pengarah Institut Penyelidikan Logam di bawah Akademi Sains China dan ketua pasukan penyelidikan, berkata bahawa kumpulan penyelidikan saintifik China baru-baru ini telah mencapai satu kejayaan dalam bidang "pemecahan air fotopemangkin untuk menghasilkan hidrogen".

Melalui "penstrukturan semula" dan "penggantian elemen" dalam bahan semikonduktor fotopemangkin titanium dioksida (TiO₂), pasukan ini telah meningkatkan kecekapan penjanaan gas hidrogen secara langsung daripada cahaya matahari dengan ketara.

Penemuan penyelidikan yang berkaitan telah diterbitkan dalam Journal of the American Chemical Society pada 8 April.

Pada masa ini, terdapat dua kaedah utama untuk menghasilkan hidrogen daripada tenaga solar.

Satu kaedah adalah dengan menggunakan panel solar untuk menjana elektrik, kemudian mengelektrolisiskan air – walaupun sangat cekap, peralatannya kompleks dan mahal.

Kaedah kedua ialah fotolisis langsung menggunakan cahaya matahari – menggunakan bahan semikonduktor seperti titanium dioksida untuk “memecahkan air” di bawah cahaya matahari.

Pasukan Liu Gang memfokuskan penyelidikan mereka pada kaedah kedua.

Menurut penjelasan tersebut, kaedah tradisional menggunakan titanium dioksida untuk membelah air menghadapi halangan utama: apabila cahaya menyinari titanium dioksida, zarah bercas (elektron dan lubang) dihasilkan di dalamnya, yang merupakan "alat" untuk membelah air. Walau bagaimanapun, elektron dan lubang ini tidak stabil.

Liu Gang menjelaskan: “Elektron dan lubang umpama kereta lumba yang telah hilang arah, terhempas secara tidak teratur dalam labirin struktur material; kebanyakannya akan bergabung semula dan hilang dalam sepersejuta saat. Tambahan pula, fabrikasi suhu tinggi sering menyebabkan atom oksigen 'meninggalkan tempat tinggal mereka', mewujudkan kekosongan oksigen dan memerangkap elektron, yang semuanya mengurangkan kecekapan tindak balas fotopemangkin.”

Untuk mengatasi masalah ini, pasukan penyelidikan secara kreatif memperkenalkan unsur "jiran" titanium dalam jadual berkala – Scandium (Sc) – untuk menambah baik titanium dioksida. Keputusan menunjukkan bahawa Scandium mempunyai tiga kelebihan utama:

Pertama, jejari ionik Sc adalah setanding dengan Ti, jadi ia boleh terbenam dalam kekisi kristal tanpa mengganggu strukturnya.

Kedua, keadaan valens Sc yang stabil membantu meneutralkan ketidakseimbangan cas yang disebabkan oleh jurang oksigen.

Ketiga, ion Sc boleh menstruktur semula permukaan kristal, mewujudkan struktur permukaan khas, seperti membina "lebuh raya dan persimpangan untuk elektron dan lubang elektron," membantu mereka keluar dari labirin dengan lebih mudah.

Hasil pelarasan yang canggih, pasukan ini berjaya menghasilkan titanium dioksida dengan prestasi cemerlang: kapasiti penyerapan ultraungunya melebihi 30%, dan kecekapan pengeluaran hidrogennya di bawah simulasi cahaya matahari meningkat 15 kali ganda berbanding bahan yang serupa, sekali gus mencipta rekod baharu dalam sistem bahan ini.

Encik Liu Gang menyatakan: "Jika bahan ini digunakan untuk membuat panel fotopemangkin seluas 1 meter persegi, di bawah cahaya matahari, ia boleh menghasilkan kira-kira 10 liter gas hidrogen setiap hari."

Para penyelidik menambah bahawa titanium dioksida merupakan bahan bukan organik yang digunakan secara meluas dalam industri, dengan China menyumbang lebih 50% daripada pengeluaran global, membentuk rantaian perindustrian yang lengkap. Sementara itu, China juga mempunyai rizab unsur nadir bumi skandium terbesar di dunia . Ini mewujudkan kelebihan perindustrian yang berpotensi untuk pembangunan dan aplikasi bahan fotopemangkin pada masa hadapan.

Memandangkan kecekapan pemisahan air fotovoltaik terus bertambah baik, teknologi ini mempunyai potensi untuk aplikasi dalam pengeluaran berskala perindustrian, memacu transformasi struktur tenaga global.

Sumber: 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

Komen (0)