A napfény, mint megújuló energiaforrás fölhasználásának, és a szén-dioxid hasznos termékké alakításának környezetvédelmi és gazdasági jelentősége vitathatatlan. Ezért is kíséri nagy figyelem a Szegedi Tudományegyetem adjunktusa, az MTA-SZTE Lendület Fotoelektrokémiai Kutatócsoportot vezető Janáky Csaba munkáját.

– Ha a napelemet megvilágítjuk, elektron-lyuk párok keletkeznek, amiket „kiszedünk” az áramkörbe, azaz áramot termelünk. Ehhez képest, ha a mi rendszerünket megvilágítjuk napfénnyel, létrejönnek ugyan az elekton-lyuk párok, de azokat nem nyerjük ki elektromos áram formájában, hanem egy kémiai reakcióhoz használjuk föl, ez a mi esetünkben a szén-dioxid átalakítása valamilyen hasznos termékké – magyarázta Janáky Csaba. A végcél az, hogy találjanak olyan foto-elektródokat, amelyek a jelenlegieknél lényegesen jobb hatásfokkal végzik el ezt a folyamatot.

A természet inspirálja Janáky Csaba kutatócsoportjának munkáját: a racionálisan tervezett foto-elektródjaikban elválasztották a fényelnyelés, a töltéshordozók transzportjának és magának a kémiának, azaz a katalízisnek a funkcióját. E három szakasz közül a középsőre fókuszálva arra keresték a választ, hogy miként lehet a töltéshordozókat hatékonyan elvezetni?

– Három feltételnek kell teljesülnie ahhoz, hogy egy foto-elektród, amivel mi foglalkozunk, hatékonyan működjön. Az egyik feltétel, hogy nyelje el a napfény jelentős részét. A második: a napfény megvilágítás eredményeképpen létrehozott töltéshordozóknak – amelyek elektronok és lyukak – a vándorlása megvalósuljon ebben az elektródban. A harmadik feltétel, hogy miután odaért az oldat-elektród határfelületre az elektron, reagáljon a szén-dioxiddal, azaz képes legyen azt átalakítani – magyarázta a kutató, aki szerint olyan összetett elektródokat kell előállítani, amelyekben mind a három feladatért külön-külön komponens a felelős.

A hatékony töltéshordozó transzport megértéséhez közelebb vezető tanulmányt Janáky Csaba és két szegedi munkatársa, valamint manchesteri és texasi kutatók jegyzik a Journal of the American Chemical Society folyóiratban. Példájuk szerint a napfénnyel való megvilágítás hatására, a réz-oxidban létrejövő töltéshordozók vándorlása, transzportja akkor javítható, ha nem a réz-oxidban kell megtenniük ezt a viszonylag hosszú utat, hanem egy jól vezető hordozón, amire egy először általuk vizsgált szén-módosulatot, a háromdimenziós szerkezetű grafénhabot találtak a legalkalmasabbnak.

– Arra voltunk kíváncsiak, hogy ha a töltéshordozók transzportjának sebességét és ezáltal a hatásfokát megnöveljük, akkor az milyen következményekkel jár – fogalmazott Janáky Csaba. – A közlemény igazi újítása az, hogy számszerűsíteni tudtuk ezeket a hatásokat, így arra is módszert kínáltunk, hogy miként lehet racionálisan tervezni egy összetett foto-elektródot.

A szegedi kutatók eredményeit közlő cikk megtekinthető a Journal of the American Chemical Society honlapján.

SZTEinfo - Ú. I.