Cercetătorii au reușit să rezolve o problemă importantă legată de materialele care folosesc lumina solară pentru a produce energie chimică. Descoperirea ar putea grăbi dezvoltarea unor tehnologii capabile să transforme direct lumina soarelui în combustibili sau alte substanțe utile, potrivit Science Daily.
Una dintre cele mai promițătoare direcții este fotocataliza, un proces prin care energia solară este folosită pentru a declanșa reacții chimice. În centrul studiului se află o categorie de materiale numite poliimide heptazinice, care au o structură specială și pot absorbi lumina vizibilă.
Aceste materiale fac parte din familia nitrurilor de carbon și au o structură în straturi, asemănătoare grafenului, dar cu un conținut ridicat de azot. Spre deosebire de grafen, care conduce foarte bine electricitatea dar nu este potrivit pentru astfel de reacții, aceste materiale pot capta lumina solară și o pot transforma în energie utilă.
Un alt avantaj este că sunt relativ ieftine, stabile și nu sunt toxice. Totuși, până acum nu erau foarte eficiente, deoarece electronii generați de lumină se recombinau rapid, iar energia se pierdea sub formă de căldură în loc să fie folosită în reacții chimice.
Cercetătorii au descoperit că performanța acestor materiale poate fi îmbunătățită semnificativ dacă în structura lor sunt introduși ioni metalici pozitivi. Aceștia ajută la separarea sarcinilor electrice, un pas esențial pentru ca reacțiile chimice să aibă loc eficient.
Metodele avansate de calcul accelerează descoperirile
Pentru a crea materiale mai bune, oamenii de știință trebuie să testeze numeroase combinații și modificări ale structurii. În practică, ar fi imposibil să fie experimentate toate în laborator, așa că cercetătorii folosesc modele pe calculator pentru a restrânge opțiunile.
Spațiul de posibilități este uriaș: pot fi adăugate diferite grupări chimice sau pot fi înlocuiți atomi din structură cu alții, ceea ce schimbă complet comportamentul materialului.
În acest studiu, echipa a analizat 53 de tipuri de ioni metalici, pentru a vedea cum influențează proprietățile materialului. Cercetătorii au folosit metode avansate de calcul, care țin cont și de comportamentul electronilor atunci când materialul este expus la lumină, un aspect adesea ignorat în studiile obișnuite.
Rezultatele confirmate în laborator
Modelele teoretice au arătat că introducerea ionilor modifică structura materialului, inclusiv distanța dintre straturi și legăturile dintre atomi. Aceste schimbări influențează direct modul în care materialul absoarbe lumina și cât de eficient poate produce reacții chimice.
Pentru a verifica rezultatele, cercetătorii au creat în laborator opt variante diferite de materiale, fiecare cu un alt tip de ion metalic. Testele au arătat că predicțiile făcute pe calculator au fost corecte, iar noile materiale au avut performanțe foarte bune, inclusiv în producerea peroxidului de hidrogen, o substanță importantă în industrie.
Un pas important pentru energia viitorului
Descoperirea ar putea accelera dezvoltarea unor tehnologii care folosesc lumina solară pentru a produce combustibili curați, cum ar fi hidrogenul, sau pentru a transforma dioxidul de carbon în substanțe utile.
Cercetătorii spun că acest progres deschide drumul către proiectarea mai rapidă și mai precisă a materialelor necesare pentru astfel de aplicații. Cu alte cuvinte, transformarea energiei solare în combustibil ar putea deveni, în viitor, o soluție reală și eficientă pentru problemele energetice.
Ştiri video recomandate
