بالشراكة بين جامعة بوليتكنيكا دي كاتالونيا والمعهد الكاتالوني لعلوم وتكنولوجيا النانو في إسبانيا، تمكن باحثون من تطوير مُحفِّز ضوئي “فوتوكاتاليست” ثابت وفعّال لإنتاج الهيدروجين المباشر باستخدام ضوء الشمس.
حملت الدراسة عنوان “عمل ثاني أكسيد التيتانيوم المصمم هندسيا على تنشيط التحفيز الضوئي ودعم استقرار مجموعات المعادن النبيلة المدعومة أثناء تطور الهيدروجين”، مشيرة إلى ضرورة إنتاج الهيدروجين بشكل متجدد لإجراء تطبيقات البحث.
وعلى غرار التحليل الكهربائي، فإنّ التحفيز الضوئي يعمل على تحفيز المواد أو الجسيمات بتعريضها للفوتونات الضوئية لغرض تغيير حالة المادة أو سلوكها أو تركيبتها.
ويعد ثاني أكسيد التيتانيوم مادة فعالة من حيث التكلفة، وتستخدم عادة كصبغة بيضاء غير مضرّة، كما لديها القدرة على استغلال ضوء الشمس لإنتاج الهيدروجين من خلال التفاعلات الكيميائية الضوئية.
ومع ذلك، فإن حدوث هذه العملية يعرقلها الإلكترونات النشطة التي تفضل التنحي جانبا بدلا من المشاركة في التفاعلات، وقد سعى الباحثون في دراستهم إلى تعزيز نشاط التحفيز الضوئي لثاني أكسيد التيتانيوم عن طريق إدخال جسيمات نانوية معدنية كمنشطات للإلكترون، مما يؤدي إلى إطالة عمر الإلكترونات النشطة وتحسين الإنتاج بشكل ملحوظ.
وتمثل الدراسة تقدما كبيرا في إنتاج الهيدروجين المستدام بقيادة الدكتور جوردي لوركا والباحث لويس سولير، اللذان استخدما عملية ميكانيكية كيميائية لترسيب مجموعات معدنية على جسيمات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم بأنماط مختلفة. واكتشف الفريق البحثي أنّ الوجوه البلورية التي يكشف عنها ثاني أكسيد التيتانيوم تلعب دورا حاسما في إنتاج الهيدروجين، مؤثرة على استقرار المحفز الضوئي وقوة نقل الإلكترون بين أشباه الموصلات والجسيمات النانوية المعدنية.
ويقدّم نتائج البحث لمحة عن إمكانيات واعدة لإنشاء محفزات ضوئية جديدة يمكنها إنتاج وقود نظيف بشكل فعال ومستدام على هيئة هيدروجين أخضر، وتمثل الدراسة خطوة حاسمة للمستقبل في البحث عن مصادر الطاقة البديلة وتسهم في الجهود المستمرة في ميدان إنتاج الهيدروجين المتجدد.
