เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิจัยทั่วโลกได้ค้นหาวิธีใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสร้างปฏิกิริยาหลักในการผลิตไฮโดรเจนให้เป็นแหล่งพลังงานสะอาด ซึ่งก็คือการแยกโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างไฮโดรเจนและออกซิเจน อย่างไรก็ตาม ความพยายามดังกล่าวส่วนใหญ่ล้มเหลวเนื่องจากการทำดีนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป และการพยายามทำโดยใช้ต้นทุนต่ำทำให้ประสิทธิภาพต่ำ
ตอนนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทกซัสออสติน
ได้ค้นพบวิธีต้นทุนต่ำในการแก้สมการครึ่งหนึ่ง โดยใช้แสงแดดเพื่อแยกโมเลกุลออกซิเจนออกจากน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบนี้ซึ่งตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ใน Nature Communications แสดงถึงการก้าวไปข้างหน้าสู่การนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานของเรา
ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 นักวิจัยกำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฮโดรเจน แต่การไม่สามารถหาวัสดุที่มีคุณสมบัติร่วมกันซึ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ที่สามารถทำปฏิกิริยาเคมีหลักได้อย่างมีประสิทธิภาพ ได้ป้องกันไม่ให้กลายเป็นวิธีการหลัก
“คุณต้องการวัสดุที่ดูดซับแสงแดดได้ดี
และในขณะเดียวกันก็ไม่ลดคุณภาพลงในขณะที่เกิดปฏิกิริยาแยกน้ำ” Edward Yuศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน Cockrell กล่าว “ปรากฎว่าวัสดุที่ดูดซับแสงแดดได้ดีมักจะไม่เสถียรภายใต้สภาวะที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาการแยกน้ำ ในขณะที่วัสดุที่มีความเสถียรมักจะดูดซับแสงแดดได้ไม่ดี
“ข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันเหล่านี้ผลักดันคุณไปสู่การแลกเปลี่ยนที่ดูเหมือนหลีกเลี่ยงไม่ได้
แต่ด้วยการรวมวัสดุหลายชนิด
—วัสดุที่ดูดซับแสงแดดอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ซิลิกอน และวัสดุอื่นๆ ที่ให้ความเสถียรที่ดี เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์—
ในอุปกรณ์เครื่องเดียว ความขัดแย้งนี้สามารถแก้ไขได้ ”
อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สร้างความท้าทายอีกประการหนึ่ง—อิเล็กตรอนและรูที่เกิดจากการดูดซึมแสงแดดในซิลิกอนจะต้องสามารถเคลื่อนที่ผ่านชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ได้อย่างง่ายดาย โดยปกติแล้วจะต้องมีชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ไม่เกินสองสามนาโนเมตร ซึ่งลดประสิทธิภาพในการปกป้องตัวดูดซับซิลิกอนจากการเสื่อมสภาพ
ที่เกี่ยวข้อง : แบตเตอรี่ไฮโดรเจนสำหรับบ้านแห่งแรกของโลก: ให้พลังงานแก่บ้านของคุณเป็นเวลา 3 วัน
สามารถนำไปรีไซเคิลได้ และไม่เสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้
กุญแจสู่ความก้าวหน้านี้มาจากวิธีการสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าผ่านชั้นซิลิกอนไดออกไซด์หนาที่สามารถทำได้ด้วยต้นทุนต่ำและปรับขนาดเป็นปริมาณการผลิตสูง
เพื่อไปถึงจุดนั้น Yu และทีมของเขาใช้เทคนิคแรกที่ใช้ในการผลิตชิปอิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์
โดยการเคลือบชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ด้วยฟิล์มอลูมิเนียมบาง ๆ จากนั้นให้ความร้อนแก่โครงสร้างทั้งหมด อาร์เรย์ของอลูมิเนียม “แหลม” ระดับนาโนที่เชื่อมชั้นซิลิกอนไดออกไซด์อย่างสมบูรณ์จึงเกิดขึ้น สิ่งเหล่านี้สามารถแทนที่ได้อย่างง่ายดายด้วยนิกเกิลหรือวัสดุอื่น ๆ ที่ช่วยเร่งปฏิกิริยาการแยกน้ำ
รถบรรทุกไร้มลพิษตั้งเป้าให้ประเทศเกาะ
เป็นผู้นำระดับโลกด้านพลังงานไฮโดรเจน
เมื่อส่องสว่างด้วยแสงแดด อุปกรณ์เหล่านี้สามารถออกซิไดซ์น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อสร้างโมเลกุลออกซิเจนในขณะเดียวกันก็สร้างไฮโดรเจนที่อิเล็กโทรดที่แยกจากกันและแสดงความเสถียรที่
โดดเด่นภายใต้การทำงานที่ยาวนาน เนื่องจากเทคนิคที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์เหล่านี้มักใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ จึงควรปรับขนาดได้ง่ายสำหรับการผลิตจำนวนมาก
