Ludwig Maximilian Üniversitesi’ndeki (LMU) araştırmacılar kısa bir süre önce güneş enerjisinden daha verimli bir şekilde yararlanma arayışlarında çığır açan bir adım attıklarını açıkladılar. LMU araştırmacıları güneş enerjisi kullanımında devrim yaratabilecek yüksek performanslı nano yapılar geliştirmek için nanoteknolojinin karmaşık dünyasına daldı. Bunun sonucunda ise iki boyutlu bir süper kristal malzeme ortaya çıktı. Bu, güneş enerjisindeki kritik sorunları çözerken aynı zamanda hidrojen üretimi için de önemli bir kapı sağlıyor. Yenilenebilir enerjide önemli gelişme
Güneş ışığını yakalamak ve bundan enerji üretmek temel olarak zorlu bir süreç. Öncelikle güneş ışığı dünyaya “seyreltilmiş” bir şekilde geliyor, bu nedenle alan başına düşen enerji nispeten düşük seviyede bulunuyor. Geleneksel güneş panelleri bu sorunu geniş yüzeyleri kaplayarak çözüyor. Ancak LMU’daki araştırmacılar arklı bir yaklaşım benimsiyor. Nature Catalysis dergisindeki yeni bir yayında, sadece rekor kırmakla kalmayıp aynı zamanda enerji seyreltme çıkmazına potansiyel bir çözüm sağlayan iki boyutlu bir süper kristal geliştirdiler.
Ekibin yeniliği, güneş enerjisini yoğunlaştıran minyatür mıknatıslar gibi davranan plazmonik nano yapılarda yatıyor. Ekip, altın gibi plazmonik bir metalden 100-200 nanometre aralığında parçacıklar oluşturduklarını söylüyor. Bu ölçekte, görünür ışık altının elektronlarıyla çok güçlü bir şekilde etkileşime girerek rezonanslı bir şekilde salınmalarına neden oluyor. Araştırma ekibinde bulunan, fizik ve enerji dönüşümü alanlarında önde gelen isimlerden biri olan Profesör Emiliano Cortés, süreci bir süper lense benzeterek şunları söyledi: “Gelen ışık için bu güçlü bir değişimdir, böylece daha sonra metalik nanoparçacıkla çok daha güçlü bir şekilde etkileşime giriyor. Bizim nanomalzemelerimiz bunu moleküler ölçekte yapıyor.” Bu durum, nanoparçacıkların daha fazla güneş ışığı yakalama kabiliyeti sayesinde çok yüksek enerjili elektronların ortaya çıkmasına neden oluyor.
Hidrojen üretimi sağlandı
Bu süreci daha da geliştirmek için araştırmacılar, altın parçacıklarının benzersiz bir düzenlemesini kullanarak ışık emiliminin önemli ölçüde arttığı “sıcak noktalar” oluşturdular. Güçlü bir katalizör malzeme olan platin nanopartiküller bu sıcak noktalara yerleştirildi. Platin güneş ışığını zayıf bir şekilde emdiği için fotokataliz için tercih edilen bir malzeme değil ancak bu zayıf emilimi artırmak ve ışık enerjisiyle kimyasal reaksiyonları güçlendirmek için bu sıcak noktalar kullanılabilir. Ekibin araştırmasında reaksiyonun formik asidi hidrojene dönüştürdüğü gözlemlendi. Ekip yaptığı açıklamada, “Bu malzeme, güneş ışığı ile yeşil hidrojen üretiminde dünya rekorunu elinde tutuyor” dedi. Saatte ve bir gram katalizör başına 139 milimol hidrojen üretim hızıyla bu fotokatalitik malzeme, yeşil hidrojen üretimi arayışında oyunun kurallarını değiştirecek nitelikte. Hidrojen üretimi şu anda büyük ölçüde başta doğal gaz olmak üzere fosil yakıtlara dayanıyor. Plazmonik ve katalitik metalleri birleştirmek ise daha yeşil bir çözüm sağlıyor.
Ekibin geliştirdikleri patentli malzeme sadece daha verimli hidrojen üretimi vaat etmekle kalmıyor, aynı zamanda CO2’nin kullanılabilir maddelere dönüştürülmesi gibi diğer reaksiyonlardaki potansiyel uygulamalar için de kapı açıyor.