રાઇસ યુનિવર્સિટીના ઇજનેરો દ્વારા ગ્રીન હાઇડ્રોજન ટેક્નોલોજી માટેનું નવું ધોરણ.
રાઈસ યુનિવર્સિટીના ઈજનેરો ચાલુ કરી શકે છે હાઇડ્રોજનમાં સૂર્યપ્રકાશ રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ કાર્યક્ષમતા સાથે ઉપકરણને આભારી છે જે આગલી પેઢીને જોડે છે હેલાઇડ પેરોવસ્કાઇટ સેમિકન્ડક્ટર્સ* સાથે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ એક જ, ટકાઉ, ખર્ચ-અસરકારક અને માપી શકાય તેવા ઉપકરણમાં.
અનુસાર એક અભ્યાસ નેચર કોમ્યુનિકેશન્સમાં પ્રકાશિત, ઉપકરણે 20.8% સૌર-થી-હાઈડ્રોજન રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી છે.
નવી ટેક્નોલોજી સ્વચ્છ ઉર્જા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની વિશાળ શ્રેણી માટે પ્લેટફોર્મ તરીકે સેવા આપી શકે છે જે રૂપાંતર કરવા માટે સૌર-લણણીની વીજળીનો ઉપયોગ કરે છે. ફીડસ્ટોક્સ ઇંધણમાં
કેમિકલ અને બાયોમોલેક્યુલર એન્જિનિયરની લેબ આદિત્ય મોહિતે ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણને અવરોધ્યા વિના પાણીમાંથી સેમિકન્ડક્ટરને અવાહક કરતી એન્ટિકોરોઝન બેરિયરનો ઉપયોગ કરીને એકીકૃત ફોટોરિએક્ટર બનાવ્યું.
રાસાયણિક અને બાયોમોલેક્યુલર એન્જિનિયરિંગના ડોક્ટરલ વિદ્યાર્થી અને અભ્યાસના મુખ્ય લેખકોમાંના એક, ઓસ્ટિન ફેહરે જણાવ્યું હતું કે, "રસાયણોનું ઉત્પાદન કરવા માટે સૂર્યપ્રકાશનો ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરવો એ સ્વચ્છ ઉર્જા અર્થતંત્રમાં સૌથી મોટી અવરોધો પૈકીની એક છે."
“અમારો ધ્યેય આર્થિક રીતે શક્ય એવા પ્લેટફોર્મ બનાવવાનો છે જે સૌર-ઉત્પાદિત ઇંધણ પેદા કરી શકે. અહીં, અમે એવી સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરી છે જે પ્રકાશને શોષી લે છે અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પૂર્ણ કરે છે પાણી-વિભાજન રસાયણશાસ્ત્ર તેની સપાટી પર."
ઉપકરણને ફોટોઈલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે કારણ કે પ્રકાશનું શોષણ, તેનું વીજળીમાં રૂપાંતર અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને શક્તિ આપવા માટે વીજળીનો ઉપયોગ આ બધું એક જ ઉપકરણમાં થાય છે. અત્યાર સુધી, લીલો હાઇડ્રોજન બનાવવા માટે ફોટોઈલેક્ટ્રોકેમિકલ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ ઓછી કાર્યક્ષમતા અને સેમિકન્ડક્ટરની ઊંચી કિંમતને કારણે અવરોધાયો હતો.
"આ પ્રકારના તમામ ઉપકરણો માત્ર સૂર્યપ્રકાશ અને પાણીનો ઉપયોગ કરીને લીલો હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે, પરંતુ અમારું અસાધારણ છે કારણ કે તેમાં રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ કાર્યક્ષમતા છે અને તે સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરે છે જે ખૂબ સસ્તું છે," ફેહરે જણાવ્યું હતું.
આ મોહિતે લેબ અને તેના સહયોગીઓએ ઉપકરણને ફેરવીને બનાવ્યું અત્યંત સ્પર્ધાત્મક સૌર સેલ રિએક્ટરમાં કે જે પાણીને ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજનમાં વિભાજિત કરવા માટે લણણી કરેલ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરી શકે છે.
તેઓએ જે પડકારનો સામનો કરવો પડ્યો હતો તે એ હતો કે હેલાઇડ પેરોવસ્કાઇટ્સ* પાણીમાં અત્યંત અસ્થિર છે અને સેમિકન્ડક્ટર્સને ઇન્સ્યુલેટ કરવા માટે વપરાતા કોટિંગ્સ તેમના કાર્યમાં ખલેલ પહોંચાડે છે અથવા તેમને નુકસાન પહોંચાડે છે.
"છેલ્લા બે વર્ષોમાં, અમે વિવિધ સામગ્રી અને તકનીકો અજમાવીને આગળ-પાછળ ગયા છીએ," કહ્યું માઈકલ વોંગ, રાઇસ કેમિકલ એન્જિનિયર અને અભ્યાસના સહ-લેખક.
લાંબી ટ્રાયલ ઇચ્છિત પરિણામ મેળવવામાં નિષ્ફળ ગયા પછી, સંશોધકોએ આખરે એક વિજેતા ઉકેલ મેળવ્યો.
"અમારી મુખ્ય સમજ એ હતી કે તમારે અવરોધ માટે બે સ્તરોની જરૂર છે, એક પાણીને અવરોધિત કરવા માટે અને એક પેરોવસ્કાઇટ સ્તરો અને રક્ષણાત્મક સ્તર વચ્ચે સારો વિદ્યુત સંપર્ક બનાવવા માટે," ફેહરે કહ્યું.
“અમારા પરિણામો સૌર એકાગ્રતા વિના ફોટોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષો માટે સર્વોચ્ચ કાર્યક્ષમતા છે, અને હેલાઇડ પેરોવસ્કાઇટ સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરનારાઓ માટે એકંદરે શ્રેષ્ઠ છે.
ફેહરે જણાવ્યું હતું કે, "તે એવા ક્ષેત્ર માટે પ્રથમ છે કે જે ઐતિહાસિક રીતે પ્રતિબંધિત ખર્ચાળ સેમિકન્ડક્ટર્સ દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને આ પ્રકારના ઉપકરણ માટે પ્રથમ વખત વ્યાપારી સંભવિતતાના માર્ગનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે છે."
સંશોધકોએ દર્શાવ્યું હતું કે તેમની અવરોધ ડિઝાઇન વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ માટે અને વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર્સ સાથે કામ કરે છે, જે તેને ઘણી સિસ્ટમોમાં લાગુ કરી શકે છે.
"અમે આશા રાખીએ છીએ કે આવી સિસ્ટમો ઊર્જા ઇનપુટ તરીકે માત્ર સૂર્યપ્રકાશ સાથે વિપુલ પ્રમાણમાં ફીડસ્ટોક્સનો ઉપયોગ કરીને ઇંધણ બનાવતી પ્રતિક્રિયાઓ માટે ઇલેક્ટ્રોનની વિશાળ શ્રેણીને ચલાવવા માટે પ્લેટફોર્મ તરીકે સેવા આપશે," મોહિતેએ જણાવ્યું હતું.
"સ્થિરતા અને સ્કેલમાં વધુ સુધારાઓ સાથે, આ ટેક્નોલોજી હાઇડ્રોજન અર્થતંત્રને ખોલી શકે છે અને માનવ અશ્મિભૂત ઇંધણથી સૌર ઇંધણમાં વસ્તુઓ બનાવવાની રીતને બદલી શકે છે," ફેહરે ઉમેર્યું.
પેરોવસ્કાઇટ - આ ખનિજમાં સિલિકોન કરતાં વધુ વાહકતા છે અને તે ઓછી નાજુક છે. તે પૃથ્વી પર પણ વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં છે. છેલ્લા એક દાયકામાં, નોંધપાત્ર પ્રયાસોથી અદભૂત વિકાસ થયો છે, પરંતુ ભવિષ્યના ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક્સમાં તેનો સ્વીકાર એ એક પડકાર છે.
પેરોવસ્કાઇટ ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો હજુ પણ અસ્થિર છે અને અકાળે વૃદ્ધાવસ્થામાંથી પસાર થાય છે. વધુ શું છે, તેમાં સીસું હોય છે, એક એવી સામગ્રી જે પર્યાવરણ અને માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે ખૂબ જ હાનિકારક છે. આ કારણોસર, પેનલ્સનું માર્કેટિંગ કરી શકાતું નથી.
હેલોજેનેટેડ હાઇબ્રિડ પેરોવસ્કાઇટ્સ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સનો એક વર્ગ છે જે તાજેતરના વર્ષોમાં તેમના નોંધપાત્ર ફોટોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો અને ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સમાં તેમની એપ્લિકેશન માટે ખાસ સંશોધનનું કેન્દ્ર છે.
