Hidrojen gazı umut verici bir “yeşil” yakıttır. En hafif kimyasal element olan hidrojen verimli bir enerji deposudur. Potansiyel olarak benzinli araçlarda benzinin yerini alabilir. Bununla birlikte, hidrojen büyük oranlarda doğada mevcut değildir ve suni olarak üretilmelidir.
Hidrojen, suyun (H2O) hidrojen (H2) ve oksijene (O2) bölünmesiyle üretilebilir. Bunu yapmanın birçok yolu var. Ancak en temiz ve en cazip olanı güneş pilleri kullanmaktır. Bu cihazlar, su bölücü reaksiyonu yönlendirmek için güneş ışığının enerjisini yakalarlar.
Günışığı, her rengin farklı bir dalga boyuna sahip olduğu bir spektrumda gelir. Güneş pilleri, hücrenin reaksiyonu sağlamak için ne kadar enerjiye ihtiyacı olduğuna bağlı olarak belirli dalga boylarındaki ışığı absorbe etmelidir. Yakaladığı spektrum ne kadar çok olursa o kadar fazla hidrojen oluşur.
Maalesef, çoğu hücre yalnızca kısa dalga boyu ışık absorbe eder. Kırmızı ışık alanının altındaki görünür ışık daha yüksek enerjili bölgeye karşılık gelir. Bunun anlamı, mavi veyeşil ışık gibi renkler kullanılabilirken gerisi boşa harcanmış demektir.
Şimdi, Japonya’daki Kyushu Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ve Karbon Nötr Enerji Araştırmaları Enstitüsü (I2CNER) bu sorunu potansiyel olarak çözdü. Yakın kızılötesi (NIR) ışığa dayanan çıplak gözle görünmeyen, görünür kırmızı ışıkdan daha uzun dalga boyuna sahip spektrumun parçası olan bir cihaz icat ettiler.
Böylece UV, görünür ve NIR dahil olmak üzere daha geniş bir ışık yelpazesinin toplanmasını sağladılar. Tasarım, demirle ilgili ağır bir metal olan rutenyumun kimyasını akıllıca kullanıyor. Deneyin başarısı Angewandte Chemie International Edition‘da duyuruldu.
Belirli metal-organik hibrid malzemeler ışığı yakalamakta iyidir. Bu da elektronların, metal merkezine bağlanan materyallerin organik kısımlarında orbitallere “sıçramasına” yardımcı olur. Güneş pillerinde hidrojen üretmenin ilk adımı elektronlar kimyanın itici gücüdür.
Bununla birlikte, yörüngeler arasındaki sıçrama genellikle o kadar büyük ki sadece UV ve görünür ışığın daha yüksek enerjili bölgesi bunu teşvik edecek kadar enerjiye sahiptir. Kırmızı, NIR ve daha uzun kızılötesi ışık basitçe geriye yansır veya cihazlardan geçer aynı zamanda enerjileri kullanmaz.
Kyushu tasarımı farklıdır. Bu durumu Araştırma Ekibinden yazar Profesör Ken Sakai, “Rutenyum atomlarına yeni elektron orbitalleri getirdik” diye açıklıyor.
“Bir merdivene basamakları eklemek gibi. Şimdi rutenyumdaki elektronlar atlamak için o kadar uzak değil. Bu nedenle kırmızı ve NIR gibi daha düşük enerjili ışıklar kullanabilirler. Bu, hasat edebileceğimiz güneş ışığı fotonlarının miktarını yaklaşık iki katına çıkarır. “
Avantajı üç metal atomunu tek bir moleküle bağlamak için organik bir bileşik olan altıgen karbon ve azot halkaları kullanmaktır. Aslında bu, sadece bu yeni “basamakları” yaratmakla kalmaz, aynı zamanda kırmızı ve NIR ışığını kullanma yeteneğini de sağlar. Böylece, molekülün hafif hasat eden bölümünün uzaysal genişlemesi nedeniyle reaksiyonu daha verimli hale getirir. Hidrojen üretimi hızlanır.
“Bu konudaki çalışmalar Dünya çapında on yıllardır sürüyor. Sonunda NIR kullanarak H2‘yi evrim geçirmek için suyu azaltmayı başardık. Umarız bu durum bunun sadece başlangıç noktasıdır. Kimyayı ne kadar detaylı anlarsak o kadar iyi ve temiz, hidrojen bazlı enerji depolamayı ticari bir realite haline getiren cihazlar tasarlayabiliriz.” dedi.
