Badania w zakresie nanodrutów pozwolą zbudować nową generację przenośnych urządzeń zasilanych energią słoneczną
Paliwa słoneczne – syntetyczne paliwa chemiczne produkowane metodą fotosyntezy – stanowią obiecującą, pozwalającą zmniejszyć emisję dwutlenku węgla alternatywę dla paliw kopalnych. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu SOLARFUELS opracowali więc nowy proces syntezy ustrukturyzowanych nanodrutów węglika krzemu w skali umożliwiającej wykorzystanie tych nanodrutów do budowy nowoczesnych, przenośnych, zasilanych energią słoneczną urządzeń, które w przyszłości zastąpią nieporęczne panele słoneczne i akumulatory. Nanomateriały posiadają dużą powierzchnię i potrafią niezwykle sprawnie przetwarzać energię, zaś półprzewodniki z nanodrutu węglika krzemu cechują się doskonałą wydajnością fotokatalityczną w świetle widzialnym. Właściwe ułożenie nanodrutów zwiększa efektywność pozyskiwania energii słonecznej i ma kluczowe znaczenie dla projektowania przyszłych urządzeń. „Nanodruty węglika krzemu, ustrukturyzowane w sposób sprzyjający pozyskiwaniu energii solarnej i transferowi elektronów, mogą zostać wykorzystane do konwertowania energii słonecznej” – mówi Jindui Hong, który w ramach programu Marie Skłodowskiej-Curie otrzymał dwuletnie stypendium na badania na Uniwersytecie Oksfordzkim w Wielkiej Brytanii. „Udało nam się przeprowadzić taką konwersję. A nawet więcej – zmierzyliśmy ją za pomocą narzędzia diagnostycznego in situ opracowanego podczas poprzednich projektów unijnych DEDIGROWTH i DEVICE” – opowiada Nicole Grobert, koordynator SOLARFUELS i profesor nanomateriałów na Uniwersytecie Oksfordzkim. „Zmierzyliśmy masę uwalnianych cząstek, co do tej pory w przypadku konwersji nanorurki węglowe-weglik krzemu było szacowane teoretycznie” – wyjaśnia. „Jako pierwsi na świecie przeprowadziliśmy doświadczenia polegające na monitorowaniu reakcji konwersji in situ, co pozwoliło nam zrozumieć sposób, w jaki powstają te nanodruty”. „Dzięki zmianie składu chemicznego nanorurek węglowych i wytworzeniu nanodrutów węglika krzemu uzyskaliśmy kontrolę nad przerwami energetycznymi, które w przypadku konwencjonalnych wielościennych nanorurek węglowych zwykle nie występują” – objaśnia, odnosząc się do opracowanych podczas poprzedniego badania nanorurek z wielokrotnie walcowanych warstw węgla, posiadających zupełnie inne właściwości. Zwiększanie skali Jak dotąd główną przeszkodą stojącą na drodze do wykorzystania nanomateriałów w przemyśle była niemożność ich wytwarzania w większej skali bez zmiany właściwości, a większość badań nad fotosyntezą z użyciem nanomateriałów polegała na doświadczalnej obserwacji kilku molekuł lub miligramów niewidocznych gołym okiem. Laboratorium Uniwersytetu Oksfordzkiego, dzięki zastosowaniu szablonów do układania nanodrutów węglika krzemu, jest obecnie gotowe do produkowania ustrukturyzowanych nanorurek węglowych na większą skalę. „Opracowaliśmy procedurę wytwarzania nanodrutów węglika krzemu w skali gramów. Wyprodukowane w ten sposób nanodruty zostały następnie zbadane pod kątem efektywności reakcji fotokatalitycznych pod wpływem światła widzialnego” – mówi prof.. Grobert. „W tej chwili mamy wystarczająco dużo nanomateriału do budowy lekkiego, przenośnego urządzenia, z którego będzie można korzystać niemal wszędzie”. Projektowanie i produkcja takiego urządzenia kieszonkowego będą tematem kolejnego projektu. Jako że światło słoneczne to w głównej mierze światło widzialne, „możliwość jego pozyskiwania i przekształcania w energię stanie się prawdziwym przełomem. Wystarczy oświetlić urządzenie, aby zaczęło działać – bez żadnych transformatorów i dodatkowych obwodów do generowania energii” – podsumowuje prof. Grobert. „W przypadku procesów wymagających energii można po prostu skierować strumień światła na obiekt”. Oczyszczanie wody Mimo że początkowo celem projektu było wykorzystanie nanomateriałów do konwersji energii, w toku prac badacze odkryli, że nanodruty węglika krzemu potrafią szybko zmniejszyć zanieczyszczenie wody w obecności światła widzialnego. „Nanodruty aktywnie rozkładają zanieczyszczenia w wodzie zarówno pod wpływem światła widzialnego, jak i ultrafioletowego” – kończy dr Hong.
Słowa kluczowe
SOLARFUELS, energia, energia odnawialna, energia słoneczna, paliwo słoneczne, nanodruty, nanotechnologia, materiały, technologia akumulatorowa, DEDIGROWTH, DEVICE
