مقدمة

تمكن باحثون من جامعة زيورخ (University of Zurich) في سويسرا من تطوير جسيمات نانونية تقوم بعملية البناء الضوئي بشكل اصطناعي عن طريق إضافة كبريتيد الزنك (zinc sulfide) لسطح نقط كمومية (quantum dots) مصنوعة من الإنديوم (indium). هذه الجزيئات الكمومية تنتج وقود هيدروجين نظيف من الماء وأشعة الشمس، ولذلك تعتبر مصدر قيم من مصادر الطاقة وذو كفاءة عالية. فهي تقدم مادة قوية وصديقة للبيئة لعملية التحفيز الضوئي (photocatalysis).

يمكن استخدام النقاط الكمية في العديد من المجالات. فلتلك المواد، التي يبلغ حجمها بضع نانومترات، سلوك مشابه للجزيئات، وأيضا يمككنا التعديل او التغيير في الشكل والحجم وعدد الإلكترونات الخاص بتلك المواد. وهذا يعني أنه يمككنا تعديل خواصها الكهربية أو الضوئية لتوافق العديد من الأهداف كتكنولوجيا العرض الحديثة أو التطبيقات الطبية الحيوية وايضا الخلايا الكهروضوئية والمحفزات الضوئية.

تصنيع الوقود من الماء وضوء الشمس

أحد الأهداف الإضافية الهامة التي يعمل عليها هذا البحث التطبيقي هو إنتاج الهيدروجين مباشرة من الماء وضوء الشمس. يمثل الهدروجين مصدرًا نظيفا للطاقة ويمكن تحويله إلى بعض مشتقات الوقود التي تستخدم بكثرة، كالميثانول والبنزين.  ومن أهم النقط الكمية التي استخدمت في أبحاث الطاقة هي النقط الكمية التي تحتوي علي الكادميوم (cadmium) والذي منع استخدامه بسبب كونه مادة سامة. توصل فريق العمل الخاص بالدكتور جريتا باتزكي من جامعة زيورخ والعلماء من جامعة ثاوث ويست لأبحاث البترول والاكادمية الصينية للعلوم إلي صناعة مادة نانونية جديدة لعملية التحفيز الضوئي دون وجود أي مواد سامة.

هذه الجزيئات النانوية ذات الثلات نانومترات تتكون من مركز مصنوع من مادة فوسفيد الانديوم (indium phosphide) مع طبقة رقيقة جدًا من كبريتيد الزنك ومركبات أيونية معقدة مصنوعة من الكبريت (sulfide ligands). وكما قال جريتي «مقارنة بالنقط الكمية التي تحتوي علي الكادميوم، المركب الجديد ليس فقط صديق للبيئة ولكن ايضا ذو جودة عالية جدًا عندما يتعلق الأمر باستخلاص الهيدروجين من الماء وضوء الشمس». وقد ظهر أن الروابط المصنوعة من عنصر الكبريت التي تغلف النقطة الكمية لها أثر كبير في تسهيل الخطوات اللازمة للقيام بالعمليات الكميائية المحفزة عن طريق الشمس، وبالأخص جودة الفصل بين حاملات الشحنة وسرعة انتقالها علي سطح الجسيم الكمومي.

التأثير الضخم القادم من التطبيقات الصديقة للبيئة

من الممكن أن تستخدم المادة النانونية الجديد الخالية من الكادميوم كمادة صديقة للبيئة في العديد من المجالات التجارية. فكما وضح جريتي «النقط الكمية المصنوعة من الانديوم والتي لها خصائص كالذوبان في الماء، والملائمة بيولوجيا، يمكن ان تستخدم في المستقبل لعمل اختبارات لتحويل المخلفات العضوية إلى هيدروجين، أو يمكن تطويرها لتصنيع مستشعرات بيولوجية ذات سموم أقل أو مواد ضوئية غير خطية علي سبيل المثال».

المصدر

https://phys.org/news/2018-10-eco-friendly-nanoparticles-artificial-photosynthesis.html

ولمزيد من المعلومات عن البحث: