أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق علمي بقيادة باحثين من جامعة ييل الأمريكية جيلًا جديدًا من الأوراق الاصطناعية القادرة على محاكاة عملية التمثيل الضوئي بكفاءة قياسية، حيث تحوّل ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون مباشرة إلى وقود سائل هو الميثانول. ويبلغ إنتاج الميثانول 32 ضعفًا مقارنة بالأوراق الاصطناعية السابقة المخصصة لإنتاج الكحول. نُشرت الدراسة في العدد الجديد من مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.

يجسّد النظام الجديد خلاصة عقود من البحث العلمي للفريق، حيث يجمع بين محفّز فريد وأقطاب ضوئية مبتكرة. ويعمل هذان العنصران معًا على تشكيل مسار تحويل أكثر قوة وانسيابية، مع إمكانية التوسع في تطبيقات أوسع.

كان الفريق قد طوّر هذا المحفّز سابقًا، والذي يستخدم الطاقة الكهربائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى ميثانول، حيث يتمثل مركز النشاط التحفيزي في بنية جزيئية أحادية من فثالوسيانين الكوبالت (أو مشتقاته). وقد تم تثبيت هذه البنية الجزيئية على سطح أنابيب نانوية كربونية. تتميز الأنابيب النانوية الكربونية بقوة ميكانيكية فائقة، وموصلية كهربائية وحرارية ممتازة، مما يتيح نقل الإلكترونات بسرعة عالية وبشكل مستمر إلى مواقع التحفيز، وبالتالي اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول. وهذه عملية اختزال تتطلب ستة إلكترونات، أي حقن ستة إلكترونات في جزيء واحد من ثاني أكسيد الكربون. وقبل هذا الاكتشاف، كان نقل الإلكترونات محدودًا ويتوقف عند مرحلة اختزال بإلكترونين فقط، مما كان يحد من قدرة المحفّز الجزيئي على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى منتجات مثل أول أكسيد الكربون.

أما القطب الضوئي فيتكون من سلسلة من أعمدة السيليكون الدقيقة المغطاة بالكربون الفوليريني. يتميز هذا التصميم الهيكلي بالابتكار، حيث يجمع بين هندسة مثالية لتوليد وفصل الشحنات الكهربائية، وواجهات مخصصة لنقل الإلكترونات، ومساحة سطحية أكبر لتثبيت المحفّز.

في هذه الدراسة، قام الفريق بدمج هذا القطب الضوئي والمحفّز مع وحدة كهروضوئية صغيرة متعددة الوصلات من البيروفسكايت لتشكيل نظام شمسي وقودي مستقل، محققًا أعلى كفاءة تحويل كهروضوئي تحفيزي من ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول باستخدام السيليكون على الإطلاق. بلغت كفاءة تحويل الضوء إلى ميثانول 0.8%، وهو ما يعادل 32 ضعفًا للرقم القياسي السابق لتحويل الضوء إلى كحول باستخدام الأوراق الاصطناعية.

تستطيع هذه الورقة الاصطناعية الجديدة التقاط ثاني أكسيد الكربون، المسبب الرئيسي لتغير المناخ، من الهواء، وإنتاج الميثانول، وهو مادة خام كيميائية ووقود سائل بديل يحظى بإقبال متزايد، مما يفتح مسارًا عمليًا جديدًا لتحويل الطاقة الشمسية وتخزينها. ويخطط الفريق لمواصلة تحسين هيكل هذه الورقة الجديدة بهدف رفع كفاءة التحويل بشكل أكبر.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com