سلول نور الکتروشیمیایی شیمی دوازدهم
سلول نور الکتروشیمیایی چیست سلول‌های PEC یا همان سلول‌های الکتروشیمیایی نوری، دارای چندین نوع هستند که یک نوع از آن ها شامل کاتد فلزی و آندی از یک نیمه‌رسانا است که این نیمه‌رساناها به نور حساس بوده و به صورت لایه‌ای بر روی سطح آند قرار می‌گیرند. این سلول‌ها کاربردهای ویژه‌ای دارند که مهم‌ترین آن ها هیدرولیز آب و تولید گاز هیدروژن و اکسیژن است. در این نوع سلول‌ها گاز هیدروژن در کاتد و گاز اکسیژن در آند نیمه رسانای حساس به نور تولید می‌شود. در ادامه از جم شیمی به بررسی کامل سلول نور الکتروشیمیایی می پردازیم.
در اکثر نیمه‌رساناهای آندی با تابش نور، الکترون از شکافت انرژی نیمه‌رساناها عبور کرده به لایه ظرفیت رسیده سپس الکترون به کاتد منتقل می‌شود اما نیمه‌رسانا که الکترون خود را از دست داده با ایجاد حفره مثبت در آنها از الکترولیت در تماس با خود الکترون می‌گیرند. در اینجا آب در دسترس نیمه‌رسانا می‌باشد بنابراین آب را اکسید کرده و تولید گاز اکسیژن و یون‌های هیدروژن می‌نماید که این یون‌ها در کاتد کاهش می‌یابند. پس واکنش کلی در این نوع سلول‌ها نشان از غیر گالوانی بودن سلول است.
اما در رابطه با سلول حاوی SiO2 نیز الکترود آندی شامل لایه‌ای از SiO2 بر روی نیمه رسانای Si است. این لایه اکسید متخلخل بوده و شرایط انجام واکنش را در شرایط متفاوت محیط اسیدی، بازی و خنثی آب فراهم می‌کند.
تامین انرژی این واکنش‌ها در سه روش زیر می باشد:
- 1) الکتروشیمیایی (الکتروکاتالیستی): از انرژی الکتریکی
- 2) فوتوشیمیایی (فوتوکاتالیستی): از نور
- 3) فوتوالکتروشیمیایی (فوتوالکتروکاتالیستی): از ترکیب نور + الکتریسیته
- عیب روش اول: مصرف زیاد الکتریسیته
- عیب روش دوم: بازده کم
- روش سوم مزیت هر دو روش اول و دوم را دارد معایب‌شان راهم برطرف کرده است.
دلیل اصلی برای اینکه با وجود بازده کم، ولتاژ کم و سرعت کم واکنش تولید هیدروژن از ابن روش مقرون به صرفه است:
- 1 – استفاده از انرژی رایگان نور خورشید است که اقتصادی است.
- 2- انرژی مورد استفاده از نور خورشید یک انرژی پاک و تجدیدپذیر است.
- 3 – آب مورد نیاز برای این واکنش از خود واکنش فراهم می‌شود چون یون هیدروژن و یون هیدروکسید تولیدی از نیم واکنش‌ها با هم تشکیل آب می‌دهند.
لینک کوتاه مطلب
تهیه و تنظیم: دکتر رضا محمدی
