المصدر: pubs.acs و pubs.acs . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية
الفكرة الأساسية
يحقق باحثو جامعة ييل تقدمًا كبيرًا في تطوير الوقود السائل المستدام الذي يعمل بالطاقة الشمسية* من خلال الجمع بين مواد أشباه الموصلات الجديدة والمحفزات الجزيئية*، مما يوفر حلاً واعدًا للتحديات التي تواجه الإنتاج واسع النطاق للوقود البديل والمساهمة في الحد من الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي.
تفاصيل القصة
في السعي إلى إيجاد حلول للطاقة المستدامة، يقف باحثو جامعة ييل في طليعة تطوير جيل ثوري من الوقود السائل الذي يتم تنشيطه بأشعة الشمس. لا يهدف هذا النهج المبتكر إلى إنتاج وقود بديل قيم فحسب، بل يسعى أيضًا إلى التخفيف من مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي.
على مدى السنوات العشر الماضية، واجهت الأبحاث الأساسية في الوقود السائل الذي يعمل بالطاقة الشمسية* عقبات كبيرة. على الرغم من كفاءة المواد شبه الموصلة* التقليدية في التقاط ضوء الشمس وتحفيز تحويل ثاني أكسيد الكربون، إلا أنها تكافح لإنتاج منتج واحد. وعلى العكس من ذلك، يمكن للمحفزات الجزيئية* توليد منتج واحد ولكنها تعاني من مشاكل الاستقرار. أدت هذه التحديات إلى مفترق طرق في مجتمع البحث، حيث لم تثبت أي من الطريقتين أنها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع.
يقوم الكيميائيون في جامعة ييل، بالتعاون مع مركز النهج الهجين للطاقة الشمسية (CHASE)، بتطوير منهجية جديدة تدمج مواد أشباه الموصلات الجديدة مع المحفزات الجزيئية* المتقدمة. يعد هذا النهج الهجين بالتغلب على قيود الطرق السابقة، حيث يقدم حلاً قابلاً للتطوير لإنتاج الوقود السائل من ضوء الشمس والماء والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون.
تُظهر دراستان حديثتان من فريق CHASE التابع لجامعة ييل، نُشرتا في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، تقدمًا كبيرًا في هذا المجال. تسلط هذه الدراسات الضوء على إمكانات الأقطاب الضوئية* القائمة على السيليكون - المكونات الأساسية في البطاريات الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.
قدمت الدراسة الأولى، التي قادها مختبر هايليانج وانج في جامعة ييل ومختبر تيانكوان ليان في جامعة إيموري، قطبًا كهربائيًا مصنوعًا من أعمدة سيليكون دقيقة مطلية بكربون مفلور فائق الكراهية للماء*. زاد هذا التصميم بشكل كبير من مساحة سطح القطب ونشاطه التحفيزي، محققًا ما يصل إلى 17 مرة من النشاط التحفيزي أكثر من الأقطاب الضوئية* السيليكونية السابقة. وكانت النتيجة هي التحويل الضوئي الكهروضوئي الأكثر كفاءة لثاني أكسيد الكربون إلى الميثانول - وهو وقود سائل بديل نظيف - على الإطلاق.
في الدراسة الثانية، طورت مختبرات الكيميائيين في جامعة ييل جيمس ماير ونيلاي هزاري عملية باستخدام رقائق رقيقة من السيليكون المسامي*، مدمجة بمسام نانوية، وربطت حفاز الرينيوم الجزيئي بهذه الرقائق. مكّن هذا التكوين من تحويل أكثر اتساقًا وقابلية للتكرار لثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون تحت أشعة الشمس. يمثل هذا أول حالة لربط حفاز جزيئي بالسيليكون المسامي*، مما يعزز كفاءة استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الوقود.
إن الأبحاث المبتكرة التي أجرتها جامعة ييل، والتي تجسدها هاتان الدراستان، تؤكد على إمكانات الأساليب الهجينة في إنشاء وقود سائل مستدام يعمل بالطاقة الشمسية*. ومن خلال الجمع بين نقاط القوة في المواد شبه الموصلة* الجديدة والحفازات الجزيئية، يمهّد باحثو جامعة ييل الطريق أمام تقدم كبير في مجال الطاقة المتجددة، مما يمنحنا الأمل في مستقبل أكثر خضرة واستدامة.
المصطلحات الأساسية
