Hematiitpõhised nanovoolstruktuurid, et suurendada fotoelektrokeemilisest veest lõhustumisel päikeseenergia muundamist

Anonim

ICN2-i teadlased, keda juhib ICREA professor Jordi Arbiol, koostöös IREC ja ICIQ-ga, on koostanud fotoelektrokeemilises vees jaotamisel kasutatava materjali, mis ei ole mitte ainult odavam kui olemasolevad alternatiivid, vaid suurendab protsessi efektiivsust ja väljundeid. Mitme materjali integreerimisel mitmekihilisest nanovarustruktuurist lähtudes tutvustati uuringu selle kuu Energy & Environmental Science teemal.

Fotoelektrokeemiline (PEC) vee eraldamine on protsess, mille käigus kasutatakse päikesevalgust koos spetsiaalsete pooljuhtmaterjalidega, et indutseerida elektrolüüsi ja eraldada vesinik molekulist. Ülemaailmse kliimamuutuse tõttu on vaja tõhusaid säästva energia allikaid, see on teema, millele viimastel aastatel on palju tähelepanu pööratud. ICN2 teadlased on koostöös Kataloonia Energeetikauuringute Instituudiga (IREC) ja Kataloonia Keemiauuringute Instituudiga (ICIQ) optimeerinud pooljuhtmaterjali omadused efektiivsemaks ja produktiivsemaks päikeseenergia muundamiseks.

Konkreetselt on pooljuhtmaterjal vaja päikeseenergia neelamiseks ja vee eraldamise protsessis elektroodina. Võimalik fotoanood on hemitiit, ühine pooljuht, millel on kitsas ribad ja sobib ideaalselt päikese spektri absorbeerimiseks. Raudoksiidina (α-Fe 2 O 3) on hematiit maapinna kõige rikkalikumateks mineraalideks ja see on tunduvalt odavam kui tavaliselt kasutatav kuld ja plaatina. Kuid elektrienergia voolu (nimelt voolu madal hind, pindala rekombinatsioon ja aeglase laenguülekande kineetika) probleemid on piiranud selle praktilisi rakendusi PEC vee eraldamisel.

Nende piirangute ületamiseks on varasemad uuringud keskendunud hematiitkomposiitide arendamisele, struktuuridele, mis sisaldavad teist materjali, mis annab hematiidi baasile kompenseerivaid või augmentatiivseid omadusi. Mitmesuguseid materjale on uuritud hemitiidist koosnevatel binaarsetel preparaatidel. Jordi Arbiol ja tema meeskond on integreerinud täis neli materjali mitmekihilisse nanostruktuuri ja uurinud süstemaatiliselt saadud fotanoodi PEC toimivust, kaotades valgust keemilistele mehhanismidele.

Esimeses artiklis kirjeldab autor PengYi Tang üksikasjalikult valmistamisprotsesse, mille abil ühendatakse neli maaküttega materjali uudsetel nanovoolus sisalduvatel südamiku / kestast hematiidi heterostruktuurid koos nanoosakestega (vt joonis). Uuring laenguülekande kineetika kohta elektroodide liidestel tõstab esile ka pinna oleku tiheduse / doonori tiheduse suhte rolli materjali laengu ülekande efektiivsuse määramisel PEC vee eraldamiseks.

Kavandatud kvaternaarsed kombineeritud fotoanodid ületavad olemasolevaid nüüdisaegseid struktuure, samas kui töö tervikuna kujutab endast täielikku ülevaadet nende integreeritud fotoanode käitumisest.

menu
menu