Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Χημικών Επιστημών και Μηχανικής του EPFL έχουν αναπτύξει ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα που βασίζεται σε ένα υλικό στην κατηγορία των μεταλλικών-οργανικών πλαισίων. Το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποικοδόμηση των ρύπων που υπάρχουν στο νερό, παράλληλα με την παραγωγή υδρογόνου που μπορεί να συλλεχθεί και να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω.
Επειδή οι MOF, (μεταλλικά-οργανικά πλαίσια ) είναι τόσο ευπροσάρμοστο τόσο στο σχεδιαστικό όσο και στη χρησιμότητα, οι επιστήμονες των υλικών τις δοκιμάζουν επί του παρόντος σε πολλές χημικές εφαρμογές.
Ένα από αυτά είναι η φωτοκατάλυση, μια διαδικασία στην οποία ένα φωτοευαίσθητο υλικό διεγείρεται από το φως. Η απορροφούμενη υπερβολική ενέργεια μετακινεί τα ηλεκτρόνια από τις ατομικές τροχιές τους, αφήνοντας πίσω τους “ηλεκτρικές τρύπες”. Η δημιουργία τέτοιων ζευγών ηλεκτρονίων-οπών είναι μια κρίσιμη διαδικασία σε οποιαδήποτε ενεργειακή διαδικασία που εξαρτάται από το φως, και σε αυτή την περίπτωση, επιτρέπει στον MOF να επηρεάσει μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων.
H ομάδα επιστημόνων toy EPFL Sion με επικεφαλής τον Κυριάκο Στυλιανού στο Εργαστήριο Μοριακής Προσομοίωσης έχει πλέον αναπτύξει ένα σύστημα που βασίζεται στο MOF και μπορεί να εκτελέσει ταυτόχρονα δύο τύπους φωτοκατάλυσης: παραγωγή υδρογόνου και καθαρισμό ρύπων από το νερό. Το υλικό περιέχει φτηνό, άφθονο φωσφίδιο του νικελίου (Ni2P) και βρέθηκε ότι πραγματοποιεί αποτελεσματική φωτοκατάλυση υπό ορατό φως.
Ο πρώτος τύπος φωτοκατάλυσης, η παραγωγή υδρογόνου, περιλαμβάνει μια αντίδραση που ονομάζεται “διάσπαση νερού”. Όπως υποδηλώνει το όνομα, η αντίδραση διαιρεί τα μόρια νερού στα συστατικά τους , υδρογόνο και οξυγόνο. Μία από τις μεγαλύτερες εφαρμογές εδώ είναι η χρήση του υδρογόνου για κυψέλες καυσίμου, οι οποίες είναι συσκευές τροφοδοσίας ενέργειας που χρησιμοποιούνται σήμερα σε μια ποικιλία τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων δορυφόρων και διαστημικών λεωφορείων.
Ο δεύτερος τύπος φωτοκατάλυσης αναφέρεται ως “οργανική αποικοδόμηση ρύπων”, η οποία αφορά σε διαδικασίες που διασπούν ρύπους που υπάρχουν στο νερό. Οι επιστήμονες διερεύνησαν αυτό το καινοτόμο φωτοκαταλυτικό σύστημα με βάση το MOF προς την αποικοδόμηση της τοξικής χρωστικής ροδαμίνης Β, που χρησιμοποιείται συνήθως για την προσομοίωση οργανικών ρύπων.
Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν και τις δύο δοκιμές σε σειρά, δείχνοντας ότι το φωτοκαταλυτικό σύστημα με βάση το MOF ήταν σε θέση να ενσωματώσει τη φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου με την αποικοδόμηση της ροδαμίνης Β σε μία μόνο διαδικασία. Αυτό σημαίνει ότι τώρα είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί αυτό το σύστημα τόσο για τον καθαρισμό των ρύπων από το νερό, όσο και για την παραγωγή υδρογόνου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.
“Αυτό το φωτοκαταλυτικό σύστημα απαλλαγμένο από ευγενή μέταλλα φέρνει το πεδίο της φωτοκατάλυσης ένα βήμα πιο κοντά στις πρακτικές εφαρμογές που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια και προβάλλει τις μεγάλες δυνατότητες των MOF στον τομέα αυτό”, λέει ο Κυριάκος Στυλιανού.
(Η φωτογραφία προέρχεται από την Alina-Stavroula Kampouri του EPFL)
Επιμέλεια Κειμένου: Κατερίνα Καλτσά
με Αριθμό Μητρώου 12691
