물 위에 떠 있을 만큼 가벼운 나뭇잎 모양의 장치는 개방형 수자원에 위치한 태양열 발전소에서 연료를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 그들을 개발했습니다. 새로운 장치는 얇고 유연한 기판과 페로브스카이트 기반의 광 흡수층으로 만들어졌으며, 테스트 결과 캠 강에 떠 있는 동안 수소나 합성가스(수소와 일산화탄소의 혼합물)를 생산할 수 있는 것으로 나타났습니다.
이와 같은 인공 잎은 물을 산소와 수소로 분해하는 것과 같은 광합성의 일부 측면을 모방하여 햇빛을 전기 에너지 또는 연료로 변환하는 일종의 광전기 화학 전지(PEC)입니다. 이는 빛을 직접 전기로 변환하는 기존의 광전지와는 다릅니다.
PEC 인공 잎은 하나의 소형 장치에 빛 수확 및 촉매 성분을 모두 포함하고 있기 때문에 원칙적으로 햇빛으로부터 저렴하고 간단하게 연료를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 문제는 현재의 기술을 확장할 수 없다는 것입니다. 게다가 깨지기 쉽고 무거운 벌크 재료로 구성되는 경우가 많아 사용이 제한됩니다.
2019년에는 다음과 같은 연구팀이 주도했습니다. 어윈 레이스너 햇빛, 이산화탄소, 물로부터 합성가스를 생산하는 인공 잎을 개발했습니다. 이 장치에는 두 개의 광 흡수제와 촉매가 포함되어 있지만 습기로부터 보호하기 위해 두꺼운 유리 기판과 코팅도 포함되어 있어 번거롭습니다.
새롭고 가벼운 버전
새롭고 가벼운 버전을 만들기 위해 Reisner와 동료들은 몇 가지 과제를 극복해야 했습니다. 첫 번째는 수분 침투에 강한 기판에 광 흡수제와 촉매를 통합하는 것이었습니다. 이를 위해 그들은 박막 금속 산화물인 비스무트 바나데이트(BiVO)를 선택했습니다.4), 유연한 플라스틱 및 금속 호일에 코팅할 수 있는 할로겐화납 페로브스카이트로 알려진 광활성 반도체도 있습니다. 그런 다음 그들은 마이크론 두께의 발수성 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 장치를 덮었습니다. 그 결과 실제 나뭇잎처럼 작동하고 보이는 구조가 탄생했습니다.
Reisner는 “우리는 물로부터 장치를 보호하기 위해 장치 중앙에 광 흡수 장치를 배치했습니다.”라고 설명합니다. 특히 수분에 민감한 페로브스카이트는 완전히 분리되어야 한다”고 말했다.
촉매는 장치의 양쪽에 증착됩니다. 페로브스카이트와 BiVO4 태양 복사열을 수확하지만 광전지 패널처럼 전기를 생산하는 대신 수확된 에너지를 사용하여 촉매 지지체와 화학 반응에 전력을 공급합니다. "이를 통해 우리는 본질적으로 태양 전지판에서 화학을 구동할 수 있습니다. 우리의 경우 온실 가스인 이산화탄소를 물로 전환하여 중요한 산업 에너지 운반체인 합성 가스를 생산합니다."라고 Reisner는 말합니다. 물리 세계.
연구자들은 케임브리지의 캠 강에 떠 있는 잎을 테스트한 결과 천연 식물 잎만큼 효율적으로 햇빛을 연료로 변환한다는 사실을 발견했습니다. 실제로 백금 촉매를 포함하는 장치는 4,266의 활성을 달성했습니다. μ몰 H2 g- 1 h- 1.
연료 합성을 위한 농장
“태양열 발전소는 전기 생산에 인기를 얻었습니다. 우리는 연료 합성을 위해 유사한 농장을 구상하고 있습니다.”라고 팀원은 말합니다. 버질 안드레이. "이것은 해안 정착지, 외딴 섬에 공급하고 산업 연못을 덮거나 관개 운하에서 물 증발을 방지할 수 있습니다."
침엽수 잎에서 영감을 받아 표면에서 액체 흐름이 조정됩니다.
Reisner는 "태양 연료 기술을 포함한 많은 재생 가능 에너지 기술은 육지에서 많은 공간을 차지할 수 있으므로 생산을 개방형 수역으로 옮기는 것은 청정 에너지와 토지 이용이 서로 경쟁하지 않는다는 것을 의미합니다"라고 덧붙였습니다. "이론적으로 이러한 장치를 말아서 거의 모든 국가의 거의 모든 곳에 배치할 수 있으며 이는 에너지 안보에도 도움이 될 것입니다."
연구원들은 이제 장치의 효율성과 안정성을 확장하고 개선하기 위해 노력할 것이라고 말했습니다. Reisner는 "우리 팀은 또한 풍부한 공급원료로부터 다른 제품을 만들 수 있도록 인공 잎의 화학적 범위를 넓히고 이상적으로는 장기적으로 수요에 따라 다양한 화학 물질을 만들 수 있는 새로운 촉매를 연구하고 있습니다"라고 말합니다.
본 연구는 자연.
