<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/420" type="text/javascript"></script>

พลังงานไฮโดรเจนจากน้ำด้วยแสงอาทิตย์และตัวเร่งปฏิกิริยา: ปฏิกิริยาแยกโมเลกุลน้ำ พลังงานไฮโดรเจนจัดได้ว่าเป็นพลังงานเชื้อเพลิงในโลกอนาคต การผลิตพลังงานไฮโดรเจนจากแหล่งของพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้และไม่หมดไป เช่น น้ำและแสงอาทิตย์ จึงเป็นการพัฒนาด้านพลังงานไฮโดรเจนอย่างยั่งยืน ผู้เขียน: ดร.ธรรมนูญ ศรีทะวงศ์ ชมแล้ว: 40,391 ครั้ง post ครั้งแรก: Sun 15 October 2006, 12:26 pm ปรับปรุงล่าสุด: Sun 15 October 2006, 12:26 pm อยู่ในส่วน: พลังงานทดแทน, เคมี

ในกลุ่มของสารกึ่งตัวนำที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แสงร่วม ไททาเนีย (TiO₂) ได้รับความสนใจมากที่สุดในการนำมาประยุกต์ใช้ในกระบวนการกำจัดสารพิษที่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมและในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แสงร่วมต่าง ๆ นับจากมีการริเริ่มคิดค้นการนำไททาเนียอิเล็คโทรด (TiO₂ electrode) มาใช้ในกระบวนการเคมีไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำด้วยแสง (Photoelectrochemical process) สำหรับการแยกโมเลกุลน้ำโดยกลุ่มนักวิจัยชาวญี่ปุ่นได้แก่ Fujishima และ Honda ในปี 1972 ทำให้จนถึงปัจจุบันนี้มีความสนใจอย่างต่อเนื่องในการนำไททาเนียมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการแยกโมเลกุลน้ำเพื่อผลิตพลังงานไฮโดรเจนภายในระบบที่มีการฉายแสง


เมื่อไททาเนียทำการดูดซับโฟตอน (Photon) ที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าค่าความแตกต่างระหว่างค่าพลังงานในระดับคอนดัคชันแบนด์ (Conduction band, CB) และวาเลนซ์แบนด์ (Valence band, VB) หรือเป็นที่รู้จักกันว่าพลังงานแบนด์แกป (Energy band gap) จะทำให้เกิดการกระตุ้นให้อิเลคตรอนในระดับชั้นพลังงานวาเลนซ์แบนด์เคลื่อนที่ไปอยู่ในระดับชั้นพลังงานคอนดัคชันแบนด์ ทำให้เกิดคอนดัคชันแบนด์อิเลคตรอน (Conduction band electron, e^-_cb) และวาเลนซ์แบนด์โฮล (Valence band hole, h⁺_vb) ขึ้น


แต่อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงแล้ว ไฮโดรเจนไม่สามารถถูกผลิตขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพบนพื้นผิวของไททาเนียที่ยังไม่ได้รับการปรับแต่ง เนื่อง จากพลังงานแบนด์แกปของไททาเนียมีค่าสูงคือ 3.2 eV สำหรับไททาเนียชนิดอนาเทส (Anatase) และ 3.0 eV สำหรับไททาเนียชนิดรูไทล์ (Rutile) ทำให้เกิดการรวมตัวกลับของอิเลคตรอนและโฮลได้ง่าย การแก้ไขข้อจำกัดนี้อย่างมีประสิทธิภาพทำได้โดยการใช้สารที่เอื้อให้เกิดปฏิกิริยา (Sacrificial reagent) เช่น เมทานอล ซึ่งสารนี้จะเข้าร่วมในปฏิกิริยาโดยการกำจัดโฮลด้วยกระบวนการออกซิเดชันที่วาเลนซ์แบนด์ ในขณะที่ปฏิกิริยาการเกิดไฮโดรเจนสามารถเกิดที่คอนดันชันแบนด์ด้วยกระบวนการรีดัคชันของน้ำด้วยอิเลคตรอน


นอกจากนี้ การแก้ไขข้อจำกัดดังกล่าวอย่างมีประสิทธิภาพอีกวิธีหนึ่งคือการใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม ซึ่งโดยส่วนมากแล้วจะเป็นโลหะทรานซิชันเช่น นิกเกิล (Ni) แพลตินัม (Pt) เป็นต้น ลงไปบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาหลักไททาเนีย โดยตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมเหล่านี้จะทำหน้าที่เร่งการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอนจากเวเลนซ์แบนด์หลังจากการดูดซับแสงและกระตุ้นด้วยแสงแล้วให้ไปสู่นอกระบบ ซึ่งก็คือการเกิดปฏิกิริยาการเกิดไฮโดรเจนที่คอนดัคชันแบนด์ได้เร็วขึ้นอย่างมาก


โดยสรุป กระบวนการการเกิดปฏิกิริยาแยกโมเลกุลน้ำเมื่อทำการแก้ไขข้อจำกัดต่างๆ สามารถแสดงได้ดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 กระบวนการการเกิดปฏิกิริยาแยกโมเลกุลน้ำ

เอกสารอ้างอิง


1. Legrini O, Oliveros E, Braun A M, Chem. Rev. 93 (1993) 671.


2. Hoffmann M R, Martin S T, Choi W, Bahnemann D W, Chem. Rev. 95 (1995) 69.


3. Linsebigler A L, Lu G, Yates, Jr. J T, Chem. Rev. 95 (1995) 735.


4. Mills A, Hunte S L, J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 108 (1997) 1.


5. Fujishima A, Honda K, Nature 238 (1972) 37.

เกี่ยวกับผู้เขียน ดร.ธรรมนูญ ศรีทะวงศ์ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีด้านวิศวกรรมเคมีจากมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ สำเร็จการศึกษาปริญญาโทด้านเทคโนโลยีปิโตรเคมีจาก วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และสำเร็จการศึกษาปริญญาเอกด้านวิทยาศาสตร์พลังงานจาก Kyoto University ประเทศญี่ปุ่น ปัจจุบันเป็นอาจารย์และนักวิจัยของ วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ทำการศึกษาและวิจัยด้าน Photocatalysis and Catalysis, Solar Energy Utilization, Sol-Gel Synthesis of Oxide Semiconductors, Nanoporous/Mesoporous Materials, Plasmas for Chemical Conversion, และ Biohydrogen Production สามารถดูข้อมูลเกี่ยวกับผู้เขียนเพิ่มเติมได้ที่ http://www.ppc.chula.ac.th/thammanoon.html

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน