हाइड्रोजन के लिए सूरज की रोशनी के साथ

नई बहुलक सामग्री पानी को विभाजित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करती है

सूर्य का प्रकाश और पानी: हाइड्रोजन को सही उत्प्रेरक के साथ प्राप्त किया जा सकता है। © FreeImages.com / सर्गेई लेबेदेव
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ऊर्जा भंडारण के लिए शॉर्टकट: एक नई सामग्री को सरल पानी से बहुमुखी ऊर्जा स्रोत हाइड्रोजन को निकालने के लिए प्रकाश से ज्यादा कुछ नहीं चाहिए। इसके बारे में खास बात: जर्मन वैज्ञानिकों द्वारा विकसित किया गया यह पॉलीमिक फोटोकैटलिस्ट रासायनिक रूप से काफी मजबूत है, और हाइड्रोजन उत्पादन की दर को आणविक स्तर पर विनियमित किया जा सकता है, शोधकर्ताओं ने जर्नल नेचर कम्युनिकेशंस में रिपोर्ट किया है।

हाइड्रोजन को भविष्य का एक आशाजनक ऊर्जा भंडार माना जाता है: अधिक हरी बिजली के साथ, पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित किया जा सकता है, और इन गैसों को कुशलता से संग्रहीत किया जा सकता है। पर्यावरण के अनुकूल हाइड्रोजन का उपयोग वाहनों के लिए ईंधन के रूप में या ईंधन कोशिकाओं में ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जा सकता है। एकमात्र निकास गैस पानी है। हालांकि, इस तकनीक का एक नुकसान विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने में कुछ नुकसान है।

बिजली के बिना पानी का बंटवारा?

शॉर्टकट लेना सरल होगा: सूर्य के प्रकाश से बिजली प्राप्त करने और फिर धारा के साथ हाइड्रोजन उत्पन्न करने के बजाय, प्रकाश सीधे अपने तत्वों में पानी को तोड़ सकता है। तथाकथित फोटोकैटलिस्ट के साथ यह प्रयोगशाला में पहले से ही संभव है। लेकिन पिछली सामग्री केवल बहुत कम हाइड्रोजन उपज प्रदान करती है और अभी भी कुशल और रोजमर्रा के उपयोग के लिए उपयुक्त है।

स्टटगार्ट में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट रिसर्च के विजय व्यास के नेतृत्व में अनुसंधान दल ने एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है, जिसके साथ उच्च पैदावार संभव होनी चाहिए। Photocatalysts में इलेक्ट्रॉन होते हैं जो दृश्य प्रकाश से उत्साहित हो सकते हैं ताकि वे अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ें। केवल इस तरह से वे एक विदेशी परमाणु या अणु को स्थानांतरित कर सकते हैं। अंततः, यह ये इलेक्ट्रॉन हैं जो पानी के अणु में प्रोटॉन में स्थानांतरित होते हैं - इस प्रकार से मौलिक हाइड्रोजन उत्पन्न होते हैं।

प्रबुद्ध पाउडर हाइड्रोजन को जन्म देता है

इसके लिए, व्यास और सहकर्मियों ने तथाकथित सहसंयोजक कार्बनिक ढांचे (COF) को डिज़ाइन किया है। ये क्रिस्टलीय, उच्च आणविक भार पॉलिमर हैं जिसमें कुछ शुरुआती अणु बहुत नियमित, दो- या यहां तक ​​कि तीन आयामी संरचनाओं से जुड़े होते हैं। इन अणुओं से युक्त पाउडर सामग्री ने शोधकर्ताओं को एक जलीय घोल दिया। जब उन्होंने दृश्य प्रकाश के साथ मिश्रण को विकिरणित किया, तो प्राथमिक हाइड्रोजन का उत्पादन किया गया। प्रदर्शन

कार्बनिक नेटवर्क यौगिकों (COF) का मॉडल, नीला नाइट्रोजन, ग्रे कार्बन और सफेद हाइड्रोजन से मेल खाता है। प्रकृति संचार / मैकमिलन प्रकाशक / CC-BY-4.0

हालांकि, शोधकर्ताओं को अभी भी प्लैटिनम नैनोकणों और एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन दाता को अपने पाउडर बहुलक में जोड़ना पड़ा। व्यास बताते हैं, "प्लैटिनम कण माइक्रोएलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते हैं जहां इलेक्ट्रॉन सीओएफ से हाइड्रोजन तक जाते हैं।" "और सीओएफ में बचे हुए सकारात्मक चार्ज को रीबैलेंस करने के लिए इलेक्ट्रॉन डोनर की जरूरत होती है।"

उपयोग किए जाने वाले नेटवर्क पॉलिमर का लाभ उनके मिलान वाले ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुण हैं। इसके अलावा, वे अपेक्षाकृत बड़ी सतह प्रदान करते हैं और इसलिए उत्प्रेरक के रूप में अच्छी तरह से अनुकूल हैं। हालांकि, इन सामग्रियों से बने फोटोकैटलिस्ट को आणविक स्तर पर चुनिंदा रूप से बदला जा सकता है।

आणविक स्तर पर विनियमन

इस तरह से फोटोकैटलिसिस की प्रक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है। शोधकर्ता उस दर को विनियमित करने में सक्षम थे जिस पर सामग्री हाइड्रोजन उत्पन्न करती है। व्यास ने कहा, "यह पहली बार है जब हम आणविक स्तर पर सीओएफ की फोटोकैटलिटिक गुणों को ठीक से निर्धारित कर सकते हैं।"

भविष्य में, शोधकर्ता इन निष्कर्षों का उपयोग विशेष रूप से अपने पदार्थों को और विकसित करने के लिए करना चाहते हैं। एक लक्ष्य इन प्रणालियों में फोटोकैटलिसिस के तंत्र को अधिक सटीक रूप से समझना और व्यक्तिगत घटकों के जटिल संपर्क को और अधिक परिष्कृत करना है।

दुर्भाग्य से, पहली सफलताओं के बावजूद, ये सामग्रियां अभी भी औद्योगिक पैमाने पर पानी और सूरज की रोशनी से हाइड्रोजन निकालने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, सामग्री को बड़ी मात्रा में सस्ते में उत्पादित किया जा सकता है और लंबे समय तक स्थिर हाइड्रोजन का उत्पादन किया जा सकता है। (प्रकृति संचार, २०१५; doi: १०.१०३; / ncomms9508)

(मैक्स प्लैंक सोसायटी, 08.10.2015 - AKR)