சூரிய எரிபொருள் உற்பத்தியில் செயற்கை சிலந்தி வலைகள்

(Nanofibers in solar fuel generation)

---------------------------------------------------------------------------------

இயற்கையில் காணக் கிடைக்கும் சிலந்தி வலைகளைப் போலவே எலக்ட்ரோ ஸ்பின்னிங் (electrospining) முறையில் தயாரிக்கப்பட்ட நானோ அளவிலான செயற்கை வலைகள் எவ்வாறு சூரிய எரிபொருளில் பயன்படுகிறது என்ற எமது ஆய்வுக் கட்டுரை Applied Surface Science (Applied Surface Science 2018, 447, 331-337) என்ற ஆய்விதழில் பிரசுரம் ஆகி உள்ளது.

இந்த ஆய்வினை பிரித்தானியாவில் உள்ள‌ சுவான்சி பல்கலைக் கழகத்தில் உள்ள எமது ஆய்வுக் குழுவும், தென்கொரியாவில் உள்ள ஹன்யாங் பல்கலைக் கழகத்தில் (Hanyang University, South Korea) உள்ள ஆய்வுக் குழு மற்றும் ஜப்பானின் தோக்கியோ அறிவியல் பல்கலைக் கழகத்தில் (Tokyo University of Science, Japan) உள்ள சர்வதேச போட்டோகேட்டலிஸ்ட் நிலையத்தினருடன் (Photocatalysis International Research Center) கூட்டாக இணைந்து இவ்வாய்வினை மேற்கொண்டோம்.

ஒளி மின் வினையூக்கிகள் (photoelectrocatalyst) மூலம் சூரிய ஒளியில் இருந்து நீர் மூலக்கூறுகளை (H2O) பிரித்து ஆக்சிஜன் (O2), மற்றும் ஹைட்ரஹன் (H2) வாயுவினை தயாரிக்கும் நீடித்த (sustainable), புதுப்பிக்கதக்க (renewable) நுட்பம் தற்போது ஆற்றல் சந்தையில் பெரும் வரவேற்பினைப் பெற்றுள்ளது.

ஆனால், ஒளி மின் வினையூக்கி மென் படலம் பூசப்பட்ட தகடுகளில் இருந்து ஒளிமின்னிகளை (எலக்ட்ரான் மற்றும் துளைகள்) பிரித்து மின் சுற்றில் இணைக்கப்பட்டுள்ள நேர், எதிர் மின் முனைகளை நோக்கி விரைவாக கடத்துவதென்பது மிகச் சவாலான செயல் ஆகும். ஒரு குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் (நானோ செகன்டுகள்) இந்த மின்னிகளை பிரிக்காவிட்டால் அவை மீள்சேர்க்கை (recombination) செயல் மூலம் அவை வேதி வினைகளுக்கு பயன்படாமல் போகும். இந்த மீள்சேர்க்கை செயல் நேரடியாக சூரிய ஆற்றலை ஹைட்ரஜனாக மாற்றும் செயல் திறனை பாதிக்கும்.

ஒளி மின் வினையூக்கிகளை மென்படலமாக (thin films) நேரடியாக தகட்டின் (electrode) மீது பூசுவதற்கு பதில் ஒன்றுக்கொன்று நன்கு பின்னி பிணையப்பட்ட நானோ அளவிலான, டங்ஸ்டன் ஆக்சைடு (WO3) செயற்கை வலை (nanofiber) மீது பூசுவதன் மூலம் எலக்ட்ரான் மின்னிகளை மட்டும் விரைவாக பிரித்து வெளி மின் சுற்றிற்கு கடத்தலாம். மேலும் முப்பரிமாண முறையில் அடுக்குகளாக இவ்வலையானது பின்னப்பட்டு இருப்பதால் நேரடியாக ஒளி வினையூக்கி மென்படலத்தை பூசுவதை விடவும் இம்முறையில் அதிக எண்ணிக்கையில் அடர்த்தியாக பூச முடியும். இதனால் சூரிய ஆற்றலை ஹைட்ரஜனாக மாற்றும் செயல் திறன் அதிகரிக்கும்.

இந்த நானோ வலை இயற்கையில் சிலந்தி பூச்சிகள் தயாரிக்கும் வலைகளைப் போலவே நானோ நுட்பம் மூலம் தயாரிக்கப்பட்டது. இந்த வலையில் உள்ள ஒரு பைபரின் விட்டம் 100- 150 நானோ மீட்டர் அளவில் இருக்கும்.

WO3 நானோ வலைகள் மிகக் குறைந்த நுட்பத்தின் மூலம் தயாரிக்கப்படுவதால் இதனை பரந்து விரிந்த பரப்பிலும் (large scale) செயல்படுத்த இயலும். இந்த வசதியினை ஆற்றல் சந்தையில் ஹைட்ரஜன் வாயு உற்பத்தி சார்ந்த பயன்பாட்டோடு, எங்கெல்லாம் எலக்ட்ரான் மின்னிகளை விரைவாக கடத்தக் கூடிய சூழலில் வேதிவினைகள் மற்றும் எலக்ரானிக் மின் சுற்றுகளில் டங்ஸ்டன் நானோவலைகளை பயன்படுத்த இயலும்.

தற்போது நீர் சுத்திகரிப்பு பணியில் இந்த நானோ வலைகளை எமது ஆய்வுக் குழு கூட்டு ஆராய்ச்சி மூலம் சுவான்சி பல்கலைக் கழகத்தில் ஆய்வு செய்து வருகிறது.

இவ்வாய்வு கட்டுரையினை கீழ்கண்ட சுட்டியில் அடுத்து வரும் 50 நாட்களுக்குள் தரவிறக்கம் செய்து கொள்ளலாம்.

https://authors.elsevier.com/a/1WqYicXa~obd3

முனைவர் சுதாகர் பிச்சைமுத்து

சுவான்சி பல்கலைக் கழகம்

ஏப்ரல் 04, 2018