Hematitne strukture nanowire za poboljšanje pretvorbe od sunca do goriva u fotoelektrokemijskom cijepanju vode

Anonim

Istraživači ICN2 na čelu s ICREA Prof. Jordi Arbiol, u suradnji s IREC i ICIQ, izradili su materijal za uporabu u fotoelektrokemijskom cijepanju vode koji nije samo jeftiniji od postojećih alternativa, već povećava i učinkovitost i izlaz procesa. Na temelju integracije nekoliko materijala u višeslojnu nanowire strukturu, istraživanje je sadržano na naslovnici ovog mjeseca Energy & Environmental Science.

Fotoproelektrokemijska (PEC) cijepanje vode je proces kojim se sunčeva svjetlost koristi u kombinaciji s specijaliziranim poluvodičkim materijalima za poticanje elektrolize i odvajanje vodika od molekule vode. Uz globalnu klimatsku promjenu koja potiče potrebu za učinkovitim izvorima održive energije, to je tema koja je u posljednjih nekoliko godina privukla mnogo pozornosti. Istraživači ICN2-a u suradnji s Institutom za istraživanje energije u Kataloniji (IREC) i Institutom za kemijsko istraživanje Katalonije (ICIQ) optimizirali su svojstva poluvodičkog materijala radi učinkovitije i produktivnije pretvorbe od sunca do goriva.

Naime, potrebno je da se poluvodički materijal apsorbira solarnu energiju i djeluje kao elektroda u postupku razdvajanja vode. Hematit, uobičajeni poluvodič s uskim pojasom koji je idealno pogodan za apsorpciju solarnog spektra, je moguć fotoanod. Kao željezni oksid (α-Fe2O3), hematit je među najopsežnijim mineralima na Zemljinoj površini i tako je znatno jeftiniji od zlata i platine koji se tipično koristi. Međutim, pitanja koja se odnose na protok električnog naboja (naime, slaba naboja transporta, rekombinacija površinskog naboja i kinetika polaganog prijenosa naboja) ograničila je njegovu praktičnu primjenu u PEC vodenim cijepanjem.

Kako bi se prevladala ova ograničenja, prethodna istraživanja usmjerena su na razvoj hematitnih kompozita, struktura koje uključuju drugi materijal koji daje kompenzacijska ili augmentativna svojstva hematitnoj bazi. Brojni su materijali proučavani u binarnim formulacijama s hematitom. Jordi Arbiol i njegov tim integrirali su četiri cjelovita materijala u višeslojnu nanostrukturu i sustavno proučavali PEC izvedbu dobivene fotoanode, istodobno rasvjetljavajući temeljne kemijske mehanizme.

U radu je prvi autor PengYi Tang detaljno opisao postupke izrade pomoću kojih se četiri zemlja bogata materijalima spajaju u novoj strukturi hematita heteroprostrukture jezgre / ljuske s nano-wireom zajedno s "nanodobama" (vidi ilustraciju). Istraživanje kinetike prijenosa naboja na elektrodnim sučeljima također naglašava ulogu omjera gustoće gustoće površine / donje gustoće u određivanju učinkovitosti prijenosa naboja materijala za PEC cijepanje vode.

Dizajnirani kvaterni kompozitni fotoanodi nadmašuju postojeće najsuvremenije strukture, dok cjelokupni rad predstavlja potpuniju sliku ponašanja tih integriranih fotoanoda.

menu
menu