Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Phương pháp hoàn toàn mới khai thác năng lượng từ mặt trời (12/03/2013)

Các nhà khoa học thuộc trường Đại học California, Santa Barbara đã đưa ra một phương pháp mới để khai thác năng lượng mặt trời. Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn ban đầu, nhưng nghiên cứu hứa hẹn sẽ chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành năng lượng bằng một qui trình dựa vào kim loại.

GS Martin Moskovits thuộc Đại học California cho rằng đây là phương pháp thay thế đầu tiên hoàn toàn mới và có thể khả thi cho thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời dựa vào chất bán dẫn được phát triển trong khoảng 70 năm qua. 

Trong các qui trình quang học thông thường - một công nghệ được phát triển và áp dụng trong thế kỷ qua, ánh nắng mặt trời tác động đến bề mặt của vật liệu bán dẫn, một bên có số lượng điện tử phong phú, trái lại bên kia không có điện tử nào. Photon hay hạt ánh sáng kích thích các điện tử, làm cho chúng rời khỏi vị trí và tạo ra các “lỗ trống” mang điện tích dương. Kết quả là một dòng các hạt điện tích được thu lại và cung cấp cho nhiều ứng dụng, bao gồm thắp sáng bóng đèn, sạc pin hoặc thúc đẩy các phản ứng hóa học.

Trong công nghệ mới, không phải vật liệu bán dẫn cung cấp các điện tử và địa điểm cho hoạt động chuyển đổi năng lượng mặt trời, mà cụ thể là các kim loại cấu trúc nano, một "rừng" các thanh nano vàng.

Trong thí nghiệm này, các thanh nano vàng được phủ một lớp titan oxit tinh thể trang trí bằng các hạt nano bạch kim và nhúng xuống nước. Chất xúc tác oxy hóa chứa coban được lắng đọng ở phần dưới của các thanh nano vàng.

GS Moskovits cho rằng khi các cấu trúc nano như các thanh nano của một số kim loại tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy, các điện tử dẫn nhiệt của kim loại này có thể được kích thích để cùng dao động, hấp thụ khối lượng lớn ánh sáng. Kích thích này gọi là plasmon bề mặt.

Khi các điện tử "nóng" trong các sóng plasmon này được kích thích bởi các hạt ánh sáng, một số di chuyển lên thanh nano qua một lớp titan oxit tinh thể được phủ các hạt bạch kim. Điều này gây ra phản ứng tách các ion hydro khỏi liên kết, tạo thành nước. Trong khi đó, các lỗ trống do các điện tử bị kích thích tạo ra, hướng về phía chất xúc tác coban ở phần dưới của thanh nano tạo thành oxy.

Theo nghiên cứu, sản xuất hydro được quan sát thấy rõ ràng sau khoảng 2 giờ. Ngoài ra, các thanh nano không bị ăn mòn quang học (photocorrosion), thường làm cho vật liệu bán dẫn truyền thống bị hỏng trong vài phút. Thiết bị hoạt động không hề có dấu hiệu hỏng hóc trong nhiều tuần. 

Nghiên cứu được đăng tải trên Tạp chí Nature Nanotechnology .

Nguồn: www.vista.vn (Theo http://www.sciencedaily, 2/2013)