تكنولوجيا النانو الآن - بيان صحفي: تطوير مصفوفة أكسيد الزنك النانوباغودا الكهروضوئية: إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي الكيميائي لتقسيم الماء

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > تطوير مجموعة كهروضوئية من أكسيد الزنك النانوباغودا: إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي الذي يفصل الماء

(أ) (ب): صفيف نانورود أكسيد الزنك، (ج) (د): صفيف نانوباجودا أكسيد الزنك، (هـ) (و): صفيف نانوباجودا أكسيد الزنك المزين بجسيمات الفضة النانوية. يتضمن الصف العلوي صورًا سطحية، بينما يتضمن الصف السفلي صورًا مقطعية مقابلة. حقوق الطبع والنشر الائتمانية (C) لجامعة تويوهاشي للتكنولوجيا. كل الحقوق محفوظة.

(a)(b): zinc oxide nanorod array, (c)(d): zinc oxide nanopagoda array, (e)(f): silver-nanoparticle-decorated zinc oxide nanopagoda array. The upper row includes surface images, and the lower row includes corresponding cross-sectional images.

CREDIT
حقوق الطبع والنشر (ج) جامعة تويوهاشي للتكنولوجيا. كل الحقوق محفوظة.

المستخلص:
نبذة

قام فريق بحث يتكون من أعضاء معهد بحوث البترول المصري ومختبر هندسة المواد الوظيفية بجامعة تويوهاشي للتكنولوجيا، بتطوير إلكترود ضوئي جديد عالي الأداء من خلال بناء مجموعة نانوية من أكسيد الزنك ذات شكل فريد على قطب كهربائي شفاف وتطبيقها جزيئات الفضة النانوية على سطحه. تتميز الباغودا النانوية المصنوعة من أكسيد الزنك بوجود العديد من الهياكل المتدرجة، حيث أنها تشتمل على أكوام من المنشورات السداسية ذات الأحجام المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فهو يُظهر عددًا قليلاً جدًا من العيوب البلورية وموصلية ممتازة للإلكترون. ومن خلال تزيين سطحه بجزيئات الفضة النانوية، يكتسب القطب الكهروضوئي لمجموعة أكسيد الزنك النانوية خصائص امتصاص الضوء المرئي، مما يمكنه من العمل تحت إشعاع ضوء الشمس.

تطوير مجموعة كهروضوئية من أكسيد الزنك النانوباغودا: إنتاج الهيدروجين الكهروكيميائي الضوئي لتقسيم الماء

تويوهاشي، اليابان | تم النشر في 12 يناير 2024

التفاصيل

من المتوقع أن يتم استخدام تقسيم الماء الكهروكيميائي الضوئي باستخدام ضوء الشمس كتقنية لإنتاج طاقة نظيفة على شكل هيدروجين. وباعتبارها مواد رئيسية لهذه التكنولوجيا، يجب أن تتمتع الأقطاب الكهربائية الضوئية بقدرة زائدة منخفضة ضد تفاعلات تقسيم الماء، بالإضافة إلى امتصاص الطاقة الشمسية العالي وكفاءة نقل الشحنة. ومن أجل التطبيق العملي، لا يمكن لهذه التكنولوجيا استخدام المعادن النادرة كمواد أولية، ويجب أن تكون عملية التصنيع صناعية؛ ومع ذلك، لم يتم بعد تطوير المواد التي تلبي هذه المتطلبات.

وفقًا لذلك، ركز فريق البحث فقط على مصفوفة أكسيد الزنك النانوية، حيث أن إنتاج هذه المصفوفات غير مكلف، وتتميز بموصلية إلكترونية عالية، وليست عرضة لاستنفاد المواد الخام. في البداية، كان من الصعب تصنيع مصفوفات نانوباغودا بأكسيد الزنك مع إمكانية تكرار نتائج جيدة. بقيادة مروة أبو العلا – طالبة الدكتوراه في السنة الثالثة والمؤلفة الرئيسية لهذه الورقة – قام الفريق أولاً بتحسين عملية التوليف لضمان إمكانية تكرار نتائج عالية. عندما تم تقييم الخواص الكهروكيميائية الضوئية للقطب الضوئي الذي تم الحصول عليه، لوحظ ظهور تيار ضوئي كبير نسبيًا تحت إشعاع ضوء الشمس الزائف. بالإضافة إلى كفاءة نقل الشحنة العالية المرتبطة بانخفاض كثافة العيوب ونشاط التفاعل الكيميائي السطحي العالي في العديد من الخطوات، كشف تحليل المجال الكهرومغناطيسي أن البنية النانوية الفريدة للمعبد النانوي يمكنها التقاط الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في الضوء الساقط بكفاءة.

لضمان الاستخدام الفعال للضوء المرئي، الذي يمثل 55٪ من ضوء الشمس، قام فريق البحث بتحسين الخواص الكهروضوئية عن طريق تزيين سطح أكسيد الزنك النانوي بجسيمات الفضة النانوية التي تظهر رنين بلازموني سطحي موضعي، مما يزيد التيار الضوئي بحوالي 1.5 مرة. . يشير طيف الحركة لقيمة التيار الكهروضوئي إلى أن هذا التحسن يعزى في المقام الأول إلى نقل الإلكترون الساخن الناتج عن امتصاص الضوء المرئي بواسطة رنين البلازمون السطحي الموضعي للجسيمات الفضية النانوية. ومن خلال تحسين استخدام جسيمات الفضة النانوية، أصبح من الممكن فقط تحسين الخواص الكهروكيميائية الضوئية مع منع التأثيرات الضارة على خصائص الباغودا النانوية نفسها.

الخلفية التنموية

صرح البروفيسور المشارك جو كاوامورا، أحد المؤلفين المشاركين، بما يلي: "تم اعتبار الباغودا النانوية المصنوعة من أكسيد الزنك قابلة للتطبيق فقط على بواعث الأسلحة الإلكترونية، وذلك باستخدام كفاءتها العالية في نقل الشحنة. ومع ذلك، نظرًا لأن الهيكل يحتوي على العديد من الخطوات، كانت فكرتنا الأولية هي أنه نشط للغاية ضد التفاعلات الكيميائية السطحية وقد يكون مناسبًا لتحفيز التفاعلات الكهروكيميائية الضوئية. بعد أن نجحنا في تصنيع الباغودا النانوية، استهدفنا تحسين كفاءة استخدام ضوء الشمس من خلال تطبيق جسيمات الفضة النانوية التي تظهر رنين البلازمون السطحي الموضعي، وقمنا بتقييم التأثير من خلال تحليل المجال الكهرومغناطيسي؛ ومع ذلك، فقد وجد أن الباغودا النانوية المصنوعة من أكسيد الزنك تلتقط الضوء الساقط، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية، إلى داخلها. وعلى الرغم من أن هذا لم يكن متوقعًا تمامًا، إلا أنه كان اكتشافًا محظوظًا، حيث تساهم هذه الخاصية في تحسين الخصائص الكهروضوئية."

نظرة مستقبلية

حاليًا، تقود مروة وطلاب من نفس المختبر تحقيقًا في تأثير التحكم الهيكلي الدقيق للمعابد النانوية المصنوعة من أكسيد الزنك، بالإضافة إلى تزيين السطح بمواد أخرى، على الخواص الكهروضوئية الكيميائية للمعابد المذكورة. نظرًا لأن أكسيد الزنك عرضة للتآكل الضوئي، فإنه لا يمكنه تحمل إشعاع ضوء الشمس طويل المدى بمفرده، مما يدفعنا إلى التركيز على تحسين المتانة من خلال زخرفة السطح. عند تحقيق كل من الخصائص الكهروكيميائية الضوئية العالية والمتانة، نخطط لتنفيذ إنتاج الهيدروجين بتقسيم الماء في بيئة حقيقية (تحلل مياه النهر أو مياه البحر بواسطة ضوء الشمس) واستخراج مشاكل حقيقية.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
يوكو أوكوبو
جامعة تويوهاشي للتكنولوجيا (TUT)
المكتب: 81-532-44-6975

حقوق النشر © https://www.tut.ac.jp/english/

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: