Çin, suyu yakıta dönüştürme araştırmalarında yeni bir atılım gerçekleştirdi.

Fotoğraf alt yazısı

Bilim insanları , 7 Nisan'da Çin Bilimler Akademisi, Shenyang Malzeme Araştırma Merkezi - Metal Araştırma Enstitüsü'nde modifiye edilmiş bir titanyum dioksit (TiO₂) yarı iletken fotokatalitik malzeme örneğini inceliyor. Fotoğraf: Xinhua Haber Ajansı

Bin beş yüz yıl önce, bilim kurgu yazarı Jules Verne, suyun geleceğin nihai yakıtı olacağını öngörmüştü. Bugün bilim insanları bu öngörüyü gerçeğe dönüştürmek için çalışıyor.

Çin Bilimler Akademisi'ne bağlı Metal Araştırma Enstitüsü Direktörü ve araştırma ekibinin başkanı Liu Gang, Çinli bilimsel araştırma grubunun yakın zamanda "fotokatalitik su ayrıştırma yoluyla hidrojen üretimi" alanında bir atılım gerçekleştirdiğini söyledi.

Ekip, fotokatalitik yarı iletken malzeme titanyum dioksitte (TiO₂) "yeniden yapılandırma" ve "element değiştirme" yoluyla, doğrudan güneş ışığından hidrojen gazı üretme verimliliğini önemli ölçüde artırdı.

İlgili araştırma bulguları 8 Nisan'da Amerikan Kimya Derneği Dergisi'nde yayımlandı.

Şu anda güneş enerjisinden hidrojen üretmenin iki ana yöntemi bulunmaktadır.

Bir yöntem, elektrik üretmek için güneş panelleri kullanmak ve ardından suyu elektroliz etmektir; bu yöntem oldukça verimli olsa da, ekipman karmaşık ve pahalıdır.

İkinci yöntem ise güneş ışığı kullanılarak yapılan doğrudan fotolizdir; bu yöntemde titanyum dioksit gibi yarı iletken malzemeler kullanılarak güneş ışığı altında su "ayrıştırılır".

Liu Gang'ın ekibi araştırmalarını ikinci yönteme yoğunlaştırdı.

Açıklamaya göre, titanyum dioksit kullanarak suyu ayrıştırmanın geleneksel yöntemi büyük bir engelle karşı karşıya: ışık titanyum dioksit üzerine düştüğünde, içinde suyun ayrıştırılması için "araçlar" olan yüklü parçacıklar (elektronlar ve boşluklar) oluşur. Ancak bu elektronlar ve boşluklar kararsızdır.

Liu Gang şöyle açıkladı: “Elektronlar ve delikler, yolunu kaybetmiş yarış arabaları gibidir; malzeme yapılarının labirentinde rastgele çarpışırlar; çoğu bir milyonda bir saniye içinde yeniden birleşip kaybolur. Dahası, yüksek sıcaklıkta üretim genellikle oksijen atomlarının 'yerlerinden ayrılmasına', oksijen boşlukları oluşturmasına ve elektronları hapsetmesine neden olur; bunların hepsi fotokatalitik reaksiyonun verimliliğini azaltır.”

Bu sorunun üstesinden gelmek için araştırma ekibi, titanyum dioksitin performansını artırmak amacıyla periyodik tabloda titanyumun "komşu" bir elementi olan Skandiyum'u (Sc) yaratıcı bir şekilde devreye soktu. Sonuçlar, Skandiyum'un üç önemli avantaja sahip olduğunu gösterdi:

Öncelikle, Sc'nin iyon yarıçapı Ti'ninkiyle karşılaştırılabilir düzeydedir, bu nedenle yapıyı bozmadan kristal kafese yerleştirilebilir.

İkinci olarak, Sc'nin kararlı değerlik durumu, oksijen boşluğundan kaynaklanan yük dengesizliğini nötralize etmeye yardımcı olur.

Üçüncüsü, Sc iyonları kristal yüzeyini yeniden yapılandırarak, tıpkı "elektronlar ve elektron boşlukları için otoyollar ve kavşaklar" inşa etmek gibi, özel bir yüzey yapısı oluşturabilir ve böylece onların labirentten daha kolay kaçmalarına yardımcı olabilir.

Gelişmiş ayarlamalar sayesinde ekip, olağanüstü performansa sahip titanyum dioksit üretmeyi başardı: ultraviyole emme kapasitesi %30'u aştı ve simüle edilmiş güneş ışığı altında hidrojen üretim verimliliği benzer malzemelere kıyasla 15 kat artarak bu malzeme sisteminde yeni bir rekor kırdı.

Bay Liu Gang şunları belirtti: "Bu malzeme kullanılarak 1 metrekarelik bir fotokatalitik panel yapılırsa, güneş ışığı altında günde yaklaşık 10 litre hidrojen gazı üretebilir."

Araştırmacılar, titanyum dioksitin endüstride yaygın olarak kullanılan bir inorganik malzeme olduğunu ve Çin'in küresel üretimin %50'sinden fazlasını karşılayarak eksiksiz bir endüstriyel zincir oluşturduğunu ekledi. Aynı zamanda Çin, nadir toprak elementi skandiyumun dünyanın en büyük rezervlerine de sahip. Bu durum, gelecekte fotokatalitik malzemelerin geliştirilmesi ve uygulanması için potansiyel bir endüstriyel avantaj yaratıyor.

Fotovoltaik su ayrıştırma teknolojisinin verimliliği sürekli olarak artarken, bu teknoloji endüstriyel ölçekte üretime geçme potansiyeline sahip olup, küresel enerji yapısının dönüşümünü tetikleyebilir.

Kaynak: 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