طراحی سیستم‌های فوتوکاتالیستی کارآمد برای تولید پایدار هیدروژن

توحید سعید، رییس دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی سهند گفت: در این پژوهش که به طور مشترک در سه دانشگاه صنعتی سهند تبریز، دانشگاه آلبرتا کانادا و دانشگاه زیگن آلمان توسط دکتر صادق پورعلی، دکتر شیوا مهاجرنیا و دکتر سیدسینا حجازی، دکتر مانوئلا کیلایان، دکتر کارستن انگلهارد، مهندس مجید شاه‌ثنایی، مهندس نسترن فرح ‌بخش، مهندس آنیکا شاردت و مهندس ستاره ارنگ‌پور انجام‌شده است روشی مستقیم با استفاده از تابش نور UV برای ایجاد نقص‌های نقطه‌ای، به‌ویژه Ti3+ و VO، بر سطح نانوشیت‌های TiO2 (TiO2-NSs) ارائه شده است.

 وی افزود: در این پژوهش، روشی مستقیم با استفاده از تابش نور UV برای ایجاد نقص‌های نقطه‌ای، به‌ویژه Ti3+ و VO، بر سطح نانوشیت‌های TiO2 (TiO2-NSs) ارائه شده است. همچنین این نانوشیت‌ها به‌طور کارآمد با ذرات Pt تزئین می‌شوند.

به گفته وی افزودن پیش‌ماده Pt در دو حالت صورت می‌گیرد: در دوره‌های آسایش پس از قطع تابش نور UV (نمونه‌های ناشی از نور، LI) و در هنگام تابش نور UV (نمونه‌های فتودپوزیت‌شده، PD). اندازه و توزیع ذرات Pt بر روی هر دو نوع نانوشیت LI و PD به‌طور سیستماتیک با زمان‌های آسایش مختلف مرتبط است، که این امکان را برای کنترل دقیق غلظت Pt بر سطح نانوشیت ها فراهم می‌کند. بر اساس ادعای محققان این پروژه، خصوصیات مختلف نانوشیت‌های TiO۲ با استفاده از تکنیک‌های میکروسکوپی (FESEM، TEM، و HAADF-STEM) و طیف‌سنجی (XPS) به‌طور جامع مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از گاز کروماتوگرافی برای ارزیابی عملکرد فوتوکاتالیستی تولید H۲ در نمونه‌های مختلف استفاده شده است.

صادق پورعلی پژوهشگر و عضو هیأت علمی دانشکده مواد نیز در این خصوص گفت: یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که ذرات Pt به صورت نانوذرات بر روی سطح نانوشیت‌های TiO2 در حضور تابش نور رسوب می‌کنند. پس از ۵ دقیقه زمان آسایش، ترکیبی از اتم‌های منفرد Pt (SAs) و کلاسترها با بارگذاری حداکثر ۰.۳۷ at% پدید می آید.

وی خاطر نشان کرد: افزایش زمان آسایش به ۶۰ دقیقه منجر به کاهش تدریجی اتم‌های منفرد Pt و کلاسترها شده و در نهایت به رسوب نانوذرات Pt با غلظت کمتر منجر می‌شود. به‌ طور خاص، اتم‌های منفرد Pt و خوشه‌ها عملکرد برتری در تولید هیدروژن نشان می‌دهند و افزایش ۴۰۰۰ برابری را نسبت به نانوشیت‌های TiO2 خالص نشان می‌دهند.

وی افزود: همچنین تابش مستمر UV در طی افزودن Pt در نمونه‌های فتودپوزیت‌شده منجر به تشکیل نانوذرات Pt با غلظت کمتر نسبت به نمونه‌های LI شده و در نتیجه تولید هیدروژن فوتوکاتالیستی کاهش می‌یابد. این مطالعه نه تنها بینشی در مورد کنترل دقیق اندازه اتم‌های منفرد Pt بر روی نانوشیت‌های TiO2 ارائه می‌دهد، بلکه کارایی بی‌نظیر آن‌ها در تولید هیدروژن را نیز آشکار می‌کند و به طراحی سیستم‌های فوتوکاتالیستی کارآمد برای تولید پایدار هیدروژن کمک‌های ارزشمندی ارائه می‌دهد.

 عضو هیأت علمی دانشکده مواد دانشگاه صنعتی سهند عنوان کرد: نتایج این پژوهش با عنوان Synergistic enhancement of photocatalytic hydrogen production in TiO2 nanosheets through light-induced defect formation and Pt single atoms در مجله Journal of Materials Chemistry A با ضریب تأثیر ۱۱.۹ منتشر شده است.

پایان