ضوء الشمس يولد الهيدروجين من خلال السيليكون المسامي

توصل فريق من المهندسين الميكانيكيين في ولاية بنسلفانيا إلى طريقة لتوليد الهيدروجين من الماء. ويمكنهم القيام بذلك عن طريق تصنيع السيليكون المسامي من خلال إجراء من الأسفل إلى الأعلى باستخدام الطاقة الشمسية. ويرى الفريق أن هذه الطريقة قابلة للتطبيق أيضاً في أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الضوئية والبطاريات.

تنطوي عملية تصنيع السيليكون المسامي على الطرح تماماً مثل النحت حيث يتم إزالة جميع الأجزاء غير الضرورية ليبقى ما هو مطلوب.

ووفقًا لأحد وانغ، فإن السيليكون له أهمية كبيرة بفضل خاصية شبه التوصيل. ويتعلق صنع السيليكون المسامي بالحفر حيث يتم فقدان الكثير من المواد في هذه العملية. ويستفيد وانغ مع فريق العمل من المواد المتراكمة بدلاً من إزالتها باستخدام طريقة تعتمد على المواد الكيميائية.

ويبدأون كل ذلك بأحد أرخص مصادر السيليكون وهو رابع كلوريد السيليكون. وبعد الاستخلاص، يتم استخدام سبيكة من الصوديوم والبوتاسيوم لمعالجة المادة. وذكر وانج أيضًا أن الروابط بين الكلور والسيليكون في رباعي كلوريد السيليكون قوية للغاية وبالتالي الحاجة إلى عامل اختزال قوي بنفس القدر. وبالتالي فإن سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم مؤهلة لذلك.

وسيرتبط الكلور بالبوتاسيوم والسيليكون وكلوريد الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم والصوديوم عندما تنفصل الروابط في النهاية. وتكون هذه الرابطة صلبة وينتج عنها مادة مكونة من بلورات الملح الموجودة في السيليكون. ثم يتم معالجتها بالتسخين ولإزالة الملح يتم غسلها بالماء. ثم تترك المادة بعد ذلك بمسامات تتراوح أحجامها من خمسة إلى خمسة عشر نانومترًا.

يجب أن يتم الإجراء بأكمله في منطقة خالية من الأكسجين في الهواء. أجرى الباحثون هذا الإجراء في جو مليء بالأرجون. ويرجع ذلك إلى أن سبيكة بوتاسيوم الصوديوم تفاعلية للغاية.

ويعتقد وانغ أنه يمكن إجراء التحجيم للعملية حتى مستوى التصنيع لأن هناك عمليات على المستوى الصناعي تستخدم سبيكة الصوديوم البوتاسيوم وبالتالي يمكن اعتمادها لصنع هذا النوع الجديد من السيليكون.

ونظرًا لوجود العديد من المسام على جزيئات السيليكون، فإن مساحة السطح كبيرة ويمكن استخدامها كمحفز عندما تشرق الشمس على الماء والسيليكون المسامي. إن طاقة الشمس هي التي تثير الإلكترون الذي سيختزل الماء ويولد الهيدروجين في شكل غازي.