Szegedi tudósok: Szén-dioxidból tüzelőanyag
A napfényt használják olyan kémiai reakcióra, amellyel a szén-dioxidot alakítja át tüzelőanyaggá a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) szakemberei, a Janáky Csaba vezette kutatócsoport a folyamatban döntő szerepet játszó foto-elektródok működésének optimalizálásához talált új módszert.
Az egyetem közleménye szerint a szegedi, manchesteri és texasi kutatók eredményeit bemutató cikk a napokban jelent meg a Journal of the American Chemical Society című folyóiratban. A napfény mint megújuló energiaforrás fölhasználásának és a szén-dioxid hasznos termékké alakításának környezetvédelmi és gazdasági jelentősége vitathatatlan – hangsúlyozta Janáky Csaba, az SZTE adjunktusa.
Janáky Csaba Fotó: SZTE
Az MTA-SZTE Lendület Fotoelektrokémiai Kutatócsoportot vezetője kutatásaikat magyarázva kifejtette, egy napelemet megvilágítva elektron-lyuk párok keletkeznek, ezeket “kiszedve” áramot termelnek. A szegedi tudósok által használt rendszerbe a napfény hatására létrejönnek ugyan az elekton-lyuk párok, de azokat nem nyerik ki elektromos áram formájában, hanem egy kémiai reakcióhoz használják föl, szén-dioxid átalakítására valamilyen hasznos termékké. A kutatás célja olyan foto-elektródokat találni, amelyek a jelenlegieknél lényegesen jobb hatásfokkal végzik el ezt a folyamatot.
A természet inspirálja Janáky Csaba kutatócsoportjának munkáját: foto-elektródjaikban elválasztották a fényelnyelés, a töltéshordozók transzportjának és magának a kémiának, azaz a katalízisnek a funkcióját. E három szakasz közül a középsőre fókuszálva arra keresték a választ, hogy miként lehet a töltéshordozókat hatékonyan elvezetni
Három feltételnek kell teljesülnie ahhoz, hogy egy foto-elektród hatékonyan működjön. Az egyik, hogy nyelje el a napfény jelentős részét. A második: a napfény megvilágítás eredményeképpen létrehozott töltéshordozóknak – amelyek elektronok és lyukak – a vándorlása megvalósuljon az elektródban. A harmadik feltétel, hogy miután odaért az oldat-elektród határfelületre az elektron, reagáljon a szén-dioxiddal, azaz képes legyen azt átalakítani. Ezért olyan összetett elektródokat kell előállítani, amelyekben mind a három feladatért külön-külön komponens a felelős.
Az SZTE munkatársai által kialakított rendszerben a napfénnyel való megvilágítás hatására, a réz-oxidban létrejövő töltéshordozók vándorlása, transzportja akkor javítható, ha nem a réz-oxidban kell megtenniük ezt a viszonylag hosszú utat, hanem egy jól vezető hordozón, amire egy először általuk vizsgált szén-módosulatot, a háromdimenziós szerkezetű grafénhabot találtak a legalkalmasabbnak.
A kutatók azt vizsgálták, milyen következményekkel jár, ha növelik a töltéshordozók transzportjának sebességét és ezáltal a hatásfokát. A szegedi kutatók igazi újítása az, hogy számszerűsíteni tudták ezeket a hatásokat, így arra is módszert kínálnak, hogy miként lehet racionálisan tervezni egy összetett foto-elektródot.
