سولارابيك، اليابان– 28 ديسمبر 2025: نجح علماء في معهد طوكيو للعلوم باليابان في إحداث اختراق مهم بقطاع الطاقة النظيفة، عبر تطوير محفز ضوئي جديد يعتمد على نظام “محسس بالصبغات”، قادر على التقاط نطاق أوسع بكثير من ضوء الشمس لإنتاج الهيدروجين، متجاوزاً العقبات الرئيسية التي تواجه الأنظمة التقليدية. وتمكن الفريق البحثي، من خلال إعادة التفكير في المعدن الموجود في قلب الصبغة الماصة للضوء واستبدال الروتينيوم بالأوزميوم، من استغلال موجات الضوء المرئي الطويلة التي تتجاوز 600 نانومتر، والتي عادة ما تهدرها المحفزات الحالية، ليحقق النظام الجديد زيادة تصل إلى الضعف في كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين.
آلية “تأثير الذرة الثقيلة” وتوسيع نطاق الامتصاص
ركز الفريق، بقيادة البروفيسور كازوهيكو مايدا وطالبة الدراسات العليا هاروكا ياماموتو، على تعديل جوهري في بنية الصبغة نفسها للتغلب على القصور الأساسي في المحفزات الضوئية القائمة، والتي تعتمد غالباً على مركبات الروتينيوم التي تمتص جزءاً ضيقاً من الضوء المرئي (أطوال موجية قصيرة حتى 600 نانومتر فقط). وأوضح مايدا أن “الأوزميوم أثبت أنه عنصر أساسي في الوصول إلى أطوال موجية لم تستطع مركبات الروتينيوم استخدامها”، مشيراً إلى أن هذا التغيير الفردي أدى إلى تعديل كبير في سلوك امتصاص الضوء. وتكمن فاعلية الأوزميوم في امتلاكه خاصية تُعرف بـ”تأثير الذرة الثقيلة”، التي تعزز نوعاً من الانتقال الإلكتروني منخفض الطاقة يسمى “إثارة الحالة الأحادية-الثلاثية”، وهي انتقالات لا يمكن لمركبات الروتينيوم الوصول إليها بنفس الفعالية. كما أنه بفضل هذه الخاصية، أصبحت صبغة الأوزميوم الجديدة قادرة على امتصاص الضوء المرئي في النطاق من 600 إلى 800 نانومتر، مغطية جزءاً أكبر بكثير من الطيف الشمسي، ما يعني توليد المزيد من الإلكترونات المثارة عند التعرض للشمس وتحسين عملية تصاعد الهيدروجين مباشرة.
تجاوز قيود الإضاءة المنخفضة والتطبيقات المستقبلية
تواجه أنظمة الهيدروجين الشمسي التقليدية تحدياً يتمثل في إهدار حصة كبيرة من الطاقة الشمسية الواردة، حيث تمر الفوتونات ذات الأطوال الموجية الأطول دون استخدام، وتصبح هذه الكفاءة أكثر وضوحاً في ظروف الإضاءة المنخفضة أو الأجواء الغائمة حيث يكون لكل فوتون أهميته. ومن ناحية أخرى، أظهرت النتائج أن التحسن الذي حققه النظام الجديد لا يعتمد على ضوء الشمس المكثف، ما يجعله أكثر ملاءمة للاستخدام العملي في بيئات واقعية ومناخات مختلفة. وفي حين أنه لا تزال هناك حاجة لمزيد من التحسين، فإن هذا الابتكار يقدم مساراً عملياً لجعل إنتاج الهيدروجين من ضوء الشمس أكثر كفاءة، ويمكن أن يفيد تقنيات مثل التمثيل الضوئي الاصطناعي وإنتاج الهيدروجين اللامركزي. وبالإضافة إلى ذلك، يؤسس هذا البحث استراتيجية تصميم واضحة للمحفزات الضوئية من الجيل التالي، عبر الاختيار الدقيق للمراكز المعدنية لتوسيع امتصاص الضوء دون الحاجة إلى زيادة تعقيد النظام الإجمالي.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
