Nanotechnology Now - Pressemeddelelse: Udvikling af zinkoxid Nanopagoda Array Fotoelektrode: Fotoelektrokemisk vandspaltende hydrogenproduktion

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Udvikling af zinkoxid-nanopagoda-array-fotoelektrode: fotoelektrokemisk vandopspaltende brintproduktion

(a)(b): zinkoxid-nanopagode-array, (c)(d): zinkoxid-nanopagoda-array, (e)(f): sølv-nanopartikel-dekoreret zinkoxid-nanopagoda-array. Den øverste række omfatter overfladebilleder, og den nederste række omfatter tilsvarende tværsnitsbilleder. KREDIT COPYRIGHT (C) TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. ALLE RETTIGHEDER FORBEHOLDES.

(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.

KREDIT
COPYRIGHT (C) TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. ALLE RETTIGHEDER FORBEHOLDES.

Abstract:
Oversigt

Et forskerhold bestående af medlemmer af Egyptian Petroleum Research Institute og Functional Materials Engineering Laboratory ved Toyohashi University of Technology har udviklet en ny højtydende fotoelektrode ved at konstruere en zinkoxid-nanopagoda-array med en unik form på en gennemsigtig elektrode og påføre sølv nanopartikler til overfladen. Zinkoxid-nanopagoden er kendetegnet ved at have mange trinstrukturer, da den består af stakke af forskellig størrelse sekskantede prismer. Derudover udviser den meget få krystalfejl og fremragende elektronledningsevne. Ved at dekorere dens overflade med sølv nanopartikler, opnår zinkoxid-nanopagoda-array-fotoelektroden synlige lysabsorptionsegenskaber, hvilket gør den i stand til at fungere under sollys.

Udvikling af zinkoxid-nanopagoda-array-fotoelektrode: fotoelektrokemisk vandopspaltende brintproduktion

Toyohashi, Japan | Udgivet den 12. januar 2024

Detaljer

Fotoelektrokemisk vandspaltning ved hjælp af sollys forventes at blive brugt som en teknologi til at producere ren energi i form af brint. Som nøglematerialer til denne teknologi skal fotoelektroder have lavt overpotentiale mod vandspaltningsreaktioner, foruden høj solabsorption og ladningsoverførselseffektivitet. For praktisk anvendelighed kan denne teknologi ikke bruge sjældne metaller som primære materialer, og fremstillingsprocessen skal industrialiseres; der er dog endnu ikke udviklet materialer, der opfylder disse krav.

Derfor fokuserede forskerholdet udelukkende på zinkoxid-nanopagoda-arrayet, da sådanne arrays er billige at producere, har høj elektronledningsevne og ikke er sårbare over for udtømning af råmaterialer. Oprindeligt blev zinkoxid nanopagoda-arrays anset for vanskelige at fremstille med god reproducerbarhed. Anført af Marwa Abouela - en ph.d.-studerende på tredje år, som også er hovedforfatter på denne artikel - optimerede holdet først synteseprocessen for at sikre høj reproducerbarhed. Når de fotoelektrokemiske egenskaber af den opnåede fotoelektrode blev evalueret, blev der observeret en relativt stor fotostrøm at fremkomme under pseudo-sollysbestråling. Ud over den høje ladningsoverførselseffektivitet forbundet med lav defekttæthed og høj overfladekemisk reaktionsaktivitet i mange trin, har en elektromagnetisk feltanalyse afsløret, at nanopagodens unikke nanostruktur effektivt kan fange ultraviolette stråler indeholdt i det indfaldende lys.

For at sikre effektiv udnyttelse af synligt lys, som tegner sig for 55 % af sollys, forbedrede forskerholdet de fotoelektrokemiske egenskaber yderligere ved at dekorere zinkoxidnanopagodens overflade med sølvnanopartikler, der udviser lokaliseret overfladeplasmonresonans, hvilket øger fotostrømmen med ca. 1.5 gange . Virkningsspektret af fotostrømværdien indikerer, at denne forbedring primært tilskrives den varme elektronoverførsel forårsaget af absorption af synligt lys af den lokaliserede overfladeplasmonresonans af sølvnanopartikler. Ved at optimere anvendelsen af sølvnanopartikler blev det muligt kun at forbedre de fotoelektrokemiske egenskaber og samtidig forhindre negative virkninger på egenskaberne af selve nanopagoden.

Udviklingsbaggrund

Lektor Go Kawamura, en af de tilsvarende forfattere, udtalte følgende: "Zinkoxid-nanopagoder blev overvejet kun til anvendelse på elektronkanonemittere, idet de udnyttede deres høje ladningsoverførselseffektivitet. Men fordi strukturen har mange trin, var vores oprindelige idé, at den er meget aktiv mod overfladekemiske reaktioner og kan være egnet til at katalysere fotoelektrokemiske reaktioner. Efter at have haft succes med at fremstille nanopagoden, sigtede vi på at forbedre effektiviteten af sollysudnyttelse ved at anvende sølvnanopartikler, der udviser lokaliseret overfladeplasmonresonans, og evaluerede effekten ved elektromagnetisk feltanalyse; det viste sig dog, at zinkoxidnanopagoden fanger indfaldende lys, især ultraviolette stråler, ind i dens indre. Selvom dette var fuldstændig uventet, var det en heldig opdagelse, da denne egenskab bidrager til forbedringen af fotoelektrokemiske egenskaber."

Fremtidsudsigter

I øjeblikket leder Marwa og studerende fra det samme laboratorium en undersøgelse af virkningen af præcis strukturel kontrol af zinkoxid-nanopagoder, såvel som overfladedekoration med andre materialer, på de fotoelektrokemiske egenskaber af nævnte pagoder. Fordi zinkoxid er tilbøjelig til fotokorrosion, kan det ikke modstå langvarig sollys i sig selv, hvilket får os til at fokusere på at forbedre holdbarheden via overfladedekoration. Når vi har opnået både høje fotoelektrokemiske egenskaber og holdbarhed, planlægger vi at udføre vandspaltende brintproduktion i et virkeligt miljø (nedbrydning af flodvand eller havvand ved sollys) og udvinde reelle problemer.

####

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Yoko Okubo
Toyohashi University of Technology (TUT)
Kontor: 81-532-44-6975

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: