توسط : پژوهشگران ایرانی با استفاده از نانوساختار اُپال معکوس اکسید تیتانیوم، موفق به طراحی فتوآندهای پروسکایتی CsPbBr₃ با کارایی و پایداری بی‌نظیر شده‌اند. این نوآوری می‌تواند تحولی اساسی در تولید هیدروژن سبز از طریق فرایند شکافت آب فتوالکتروشیمیایی ایجاد کند و گامی مهم در مسیر توسعه انرژی‌های پاک محسوب شود.
روش‌های متداول تولید هیدروژن مانند اصلاح متان یا الکترولیز، به مصرف زیاد برق و منابع فسیلی وابسته هستند. به همین دلیل، فناوری شکافت آب فتوالکتروشیمیایی که با استفاده از نور خورشید و آب، امکان تولید پایدار هیدروژن را فراهم می‌کند، مورد توجه ویژه پژوهشگران قرار گرفته است.
در میان نیمه‌رساناهای مورد استفاده در ساخت فتوآند، ترکیب پروسکایتی CsPbBr₃ به‌دلیل قابلیت تنظیم شکاف نواری، طول انتشار بالای حامل‌های بار و امکان فرآوری مقرون‌به‌صرفه در شرایط محیطی، بسیار مورد توجه است. اما این ماده در جذب نور ضعف دارد و در محیط‌های آبی نیز از پایداری کافی برخوردار نیست.
برای حل این مشکلات، تیمی متشکل از پژوهشگران دانشگاه اصفهان، دانشگاه صنعتی امیرکبیر واحد ماهشهر، از نانوساختار اُپال معکوس اکسید تیتانیوم به‌عنوان لایه انتقال دهنده الکترون و پایه‌ای برای CsPbBr₃ استفاده کردند. این ساختار سه‌بعدی که به‌عنوان کریستال فوتونی شناخته می‌شود، با ایجاد گاف‌های فوتونی و افزایش مسیر مؤثر نور، جذب فوتون‌ها در لایه پروسکایتی را بهبود می‌بخشد. در نتیجه، الکترون‌ها و حفره‌های بیشتری تولید شده و بازده دستگاه افزایش می‌یابد.
علاوه‌براین، سطح متخلخل اکسید تیتانیوم امکان جمع‌آوری و انتقال سریع‌تر بارهای نوری را فراهم می‌کند. برای افزایش مقاومت الکترود در محیط آبی، محققان از یک لایه محافظ رسانا متشکل از کربن سیاه، گرافیت و تونر کربنی بازیافتی استفاده کردند. این پوشش نه‌تنها سطح پروسکایت را پایدار می‌کند، بلکه انتقال بار را تسهیل کرده و عملکرد کلی دستگاه را بهبود می‌دهد.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد که فتوآندهای ساخته‌شده با این روش به چگالی جریان نوری ۷٫۲۸ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع در ولتاژ ۱٫۲۳ ولت دست یافته‌اند. این عملکرد در یک آزمایش طولانی‌مدت ده هزار ثانیه‌ای تحت تابش پیوسته و در شرایط خنثی و بدون استفاده از هم‌کاتالیست حفظ شده که رکوردی قابل توجه در میان فتوآندهای پروسکایتی محسوب می‌شود.
تیم تحقیقاتی با بهره‌گیری از روش‌های مختلف آزمایشگاهی شامل طیف‌سنجی UV-Vis، ولتامتری روبشی خطی، اسپکتروسکوپی فتولومینسانس و امپدانس‌سنجی الکتروشیمیایی، نشان دادند که ساختار اُپال معکوس نه‌تنها جذب نور در لبه باند را افزایش داده، بلکه جداسازی بارهای نوری را نیز تقویت کرده است.
این دستاورد ثابت می‌کند که با طراحی نانوساختارهای هوشمند و استفاده از لایه‌های محافظ رسانا می‌توان بر محدودیت‌های پروسکایت‌ها غلبه کرد و آنها را به گزینه‌ای اصلی برای تولید صنعتی هیدروژن سبز تبدیل نمود. پژوهشگران معتقدند این نوآوری می‌تواند الهام‌بخش توسعه بیشتر فتوآندهای معدنی پروسکایتی و حرکت به‌سمت نسل آینده فناوری‌های انرژی پاک باشد.
