Nanotechnology Now - Comunicado de prensa: Desarrollo de fotoelectrodos de matriz de nanopagodas de óxido de zinc: producción fotoelectroquímica de hidrógeno con división de agua

Reeditado por Platón

seguidores: 0

Inicio > Prensa > Desarrollo de un fotoelectrodo de matriz de nanopagodas de óxido de zinc: producción de hidrógeno mediante división fotoelectroquímica de agua

(a)(b): matriz de nanobarras de óxido de zinc, (c)(d): matriz de nanopagodas de óxido de zinc, (e)(f): matriz de nanopagodas de óxido de zinc decorada con nanopartículas de plata. La fila superior incluye imágenes de superficie y la fila inferior incluye imágenes de sección transversal correspondientes. CRÉDITO COPYRIGHT (C) UNIVERSIDAD DE TECNOLOGÍA DE TOYOHASHI. RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS.

(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.

CRÉDITO
COPYRIGHT (C) UNIVERSIDAD DE TECNOLOGÍA DE TOYOHASHI. RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS.

Abstracto:
General

Un equipo de investigación formado por miembros del Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo y el Laboratorio de Ingeniería de Materiales Funcionales de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha desarrollado un novedoso fotoelectrodo de alto rendimiento mediante la construcción de una matriz de nanopagodas de óxido de zinc con una forma única sobre un electrodo transparente y aplicando nanopartículas de plata a su superficie. La nanopagoda de óxido de zinc se caracteriza por tener muchas estructuras escalonadas, ya que comprende pilas de prismas hexagonales de diferentes tamaños. Además, presenta muy pocos defectos cristalinos y una excelente conductividad electrónica. Al decorar su superficie con nanopartículas de plata, el fotoelectrodo de matriz de nanopagoda de óxido de zinc adquiere propiedades de absorción de luz visible, lo que le permite funcionar bajo la irradiación de la luz solar.

Desarrollo de un fotoelectrodo de matriz de nanopagoda de óxido de zinc: producción fotoelectroquímica de hidrógeno con división de agua

Toyohashi, Japón | Publicado el 12 de enero de 2024

Detalles

Se espera que la división fotoelectroquímica del agua utilizando la luz solar se utilice como tecnología para producir energía limpia en forma de hidrógeno. Como materiales clave para esta tecnología, los fotoelectrodos deben tener un sobrepotencial bajo contra las reacciones de división del agua, además de una alta eficiencia de absorción solar y transferencia de carga. Para una aplicabilidad práctica, esta tecnología no puede utilizar metales raros como materiales primarios y el proceso de fabricación debe industrializarse; sin embargo, aún no se han desarrollado materiales que satisfagan estos requisitos.

En consecuencia, el equipo de investigación se centró únicamente en la matriz de nanopagodas de óxido de zinc, ya que dichas matrices son económicas de producir, presentan una alta conductividad electrónica y no son vulnerables al agotamiento de la materia prima. Inicialmente, las matrices de nanopagodas de óxido de zinc se consideraban difíciles de fabricar con buena reproducibilidad. Dirigido por Marwa Abouelela, estudiante de doctorado de tercer año y autor principal de este artículo, el equipo primero optimizó el proceso de síntesis para garantizar una alta reproducibilidad. Cuando se evaluaron las propiedades fotoelectroquímicas del fotoelectrodo obtenido, se observó que emergía una fotocorriente relativamente grande bajo irradiación pseudo-luz solar. Además de la alta eficiencia de transferencia de carga asociada con la baja densidad de defectos y la alta actividad de reacción química superficial en muchos pasos, un análisis de campo electromagnético ha revelado que la nanoestructura única de la nanopagoda puede capturar eficientemente los rayos ultravioleta contenidos en la luz incidente.

Para garantizar la utilización efectiva de la luz visible, que representa el 55% de la luz solar, el equipo de investigación mejoró aún más las propiedades fotoelectroquímicas decorando la superficie de la nanopagoda de óxido de zinc con nanopartículas de plata que exhiben resonancia de plasmón superficial localizada, aumentando la fotocorriente aproximadamente 1.5 veces. . El espectro de acción del valor de la fotocorriente indica que esta mejora se atribuye principalmente a la transferencia de electrones calientes causada por la absorción de luz visible por la resonancia de plasmón superficial localizada de las nanopartículas de plata. Al optimizar la aplicación de nanopartículas de plata, fue posible mejorar únicamente las propiedades fotoelectroquímicas y al mismo tiempo prevenir efectos adversos sobre las propiedades de la propia nanopagoda.

Antecedentes de desarrollo

El profesor asociado Go Kawamura, uno de los autores correspondientes, afirmó lo siguiente: “Se consideró la aplicación de nanopagodas de óxido de zinc únicamente a emisores de cañones de electrones, aprovechando su alta eficiencia de transferencia de carga. Sin embargo, debido a que la estructura tiene muchos pasos, nuestra idea inicial fue que es altamente activa contra reacciones químicas superficiales y puede ser adecuada para catalizar reacciones fotoelectroquímicas. Después de haber logrado fabricar la nanopagoda, nuestro objetivo fue mejorar la eficiencia de la utilización de la luz solar mediante la aplicación de nanopartículas de plata que exhiben resonancia de plasmón superficial localizada y evaluamos el efecto mediante análisis de campo electromagnético; sin embargo, se descubrió que la nanopagoda de óxido de zinc capta la luz incidente, especialmente los rayos ultravioleta, en su interior. Aunque esto fue completamente inesperado, fue un descubrimiento afortunado, ya que esta propiedad contribuye a la mejora de las propiedades fotoelectroquímicas”.

Perspectiva del futuro

Actualmente, Marwa y estudiantes del mismo laboratorio lideran una investigación sobre el efecto del control estructural preciso de nanopagodas de óxido de zinc, así como de la decoración superficial con otros materiales, sobre las propiedades fotoelectroquímicas de dichas pagodas. Debido a que el óxido de zinc es propenso a la fotocorrosión, no puede resistir la irradiación solar a largo plazo por sí solo, lo que nos lleva a centrarnos en mejorar la durabilidad mediante la decoración de superficies. Una vez logradas altas propiedades fotoelectroquímicas y durabilidad, planeamos llevar a cabo la producción de hidrógeno por división del agua en un entorno real (descomposición del agua de río o agua de mar por la luz solar) y extraer problemas reales.

####

Para obtener más información, por favor haga clic esta página

Contactos:
Yoko Okubo
Universidad Tecnológica de Toyohashi (TUT)
Oficina: 81-532-44-6975

Si tienes un comentario, por favor Contacto con nosotros.

Los emisores de comunicados de prensa, no 7th Wave, Inc. o Nanotechnology Now, son los únicos responsables de la precisión del contenido.

Marcador: