ננוטכנולוגיה עכשיו - הודעה לעיתונות: פיתוח אבץ אוקסיד Nanopagoda מערך פוטואלקטרודה: ייצור מימן פוטו-אלקטרוכימי מפיצול מים

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > פיתוח של פוטואלקטרודה של מערך ננופגודה תחמוצת אבץ: ייצור מימן פוטו-אלקטרוכימי מפיצול מים

(א)(ב): מערך ננו-תחמוצת אבץ, (ג)(ד): מערך ננו-פגודות של תחמוצת אבץ, (ה)(ו): מערך ננו-פאגודת אבץ מעוטר ננו-חלקיקים. השורה העליונה כוללת תמונות משטח, והשורה התחתונה כוללת תמונות חתך מתאימות. זכויות יוצרים באשראי (ג) TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. כל הזכויות שמורות.

(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.

קרדיט
COPYRIGHT (C) TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. ALL RIGHTS RESERVED.

תקציר:
סקירה כללית

צוות מחקר המורכב מחברי המכון המצרי לחקר הנפט והמעבדה להנדסת חומרים פונקציונליים באוניברסיטת טויוהאשי לטכנולוגיה, פיתח פוטו-אלקטרודה חדשנית בעלת ביצועים גבוהים על ידי בניית מערך ננופגודות תחמוצת אבץ עם צורה ייחודית על אלקטרודה שקופה ויישום ננו-חלקיקי כסף אל פני השטח שלו. הננופגודה של תחמוצת האבץ מאופיינת בכך שהיא בעלת מבני שלבים רבים, מכיוון שהיא מורכבת מנסרות משושה בגדלים שונים. בנוסף, הוא מציג מעט מאוד פגמי גביש ומוליכות אלקטרונים מצוינת. על ידי עיטור פני השטח שלו בננו-חלקיקי כסף, הפוטואלקטרודה של מערך הננופגודה של תחמוצת אבץ משיגה תכונות קליטת אור גלוי, מה שמאפשר לה לתפקד תחת קרינת אור שמש.

פיתוח של פוטואלקטרודה של מערך ננופגודה של תחמוצת אבץ: ייצור מימן פוטו-אלקטרוכימי של פיצול מים

טויוהאשי, יפן | פורסם ב-12 בינואר, 2024

פרטים

פיצול מים פוטו-אלקטרוכימי באמצעות אור השמש צפוי לשמש כטכנולוגיה להפקת אנרגיה נקייה בצורת מימן. כחומרי מפתח לטכנולוגיה זו, פוטואלקטרודות חייבות להיות בעלות פוטנציאל יתר נמוך כנגד תגובות פיצול מים, בנוסף ליעילות ספיגה סולארית והעברת מטען גבוהה. לצורך ישימות מעשית, טכנולוגיה זו אינה יכולה להשתמש במתכות נדירות כחומרים ראשוניים, ותהליך הייצור חייב להיות מתועש; עם זאת, עדיין לא פותחו חומרים העומדים בדרישות אלו.

Accordingly, the research team solely focused on the zinc oxide nanopagoda array, as such arrays are inexpensive to produce, feature high electron conductivity, and are not vulnerable to raw material depletion. Initially, zinc oxide nanopagoda arrays were considered difficult to fabricate with good reproducibility. Led by Marwa Abouelela – a third-year doctoral student who is also the lead author of this paper – the team first optimized the synthesis process to ensure high reproducibility. When the photoelectrochemical properties of the obtained photoelectrode were evaluated, a relatively large photocurrent was observed to emerge under pseudo-sunlight irradiation. In addition to the high charge transfer efficiency associated with low defect density and high surface chemical reaction activity in many steps, an electromagnetic field analysis has revealed that the nanopagoda’s unique nanostructure can efficiently capture ultraviolet rays contained in the incident light.

כדי להבטיח ניצול יעיל של האור הנראה, המהווה 55% מאור השמש, צוות המחקר שיפר עוד יותר את המאפיינים הפוטואלקטרוכימיים על ידי עיטור משטח הננופגודה של תחמוצת אבץ בננו-חלקיקי כסף המציגים תהודה פלסמונית מקומית של פני השטח, והגדילו את זרם הצילום בכפי 1.5 . ספקטרום הפעולה של ערך הפוטו-זרם מצביע על כך ששיפור זה מיוחס בעיקר להעברת האלקטרונים החמים הנגרמת על ידי ספיגת האור הנראה על ידי תהודה פלסמונית מקומית של חלקיקי כסף. על ידי אופטימיזציה של היישום של ננו-חלקיקי כסף, ניתן היה רק לשפר את התכונות הפוטואלקטרוכימיות תוך מניעת השפעות שליליות על תכונות הננופגודה עצמה.

רקע פיתוח

פרופסור חבר גו קוואמורה, אחד המחברים המקבילים, קבע את הדברים הבאים: "ננופגודות תחמוצת אבץ נחשבו ליישום רק על פולטי רובי אלקטרונים, תוך ניצול יעילות העברת המטען הגבוהה שלהן. עם זאת, מכיוון שלמבנה יש שלבים רבים, הרעיון הראשוני שלנו היה שהוא פעיל מאוד נגד תגובות כימיות על פני השטח ועשוי להתאים לזרז תגובות פוטו-אלקטרוכימיות. לאחר שהצלחנו לייצר את הננופגודה, שאפנו לשפר את היעילות של ניצול אור השמש על ידי יישום ננו-חלקיקי כסף המציגים תהודה פלסמונית מקומית של פני השטח, והערכנו את ההשפעה על ידי ניתוח שדה אלקטרומגנטי; עם זאת, נמצא כי ננופגודה של תחמוצת האבץ לוכדת אור חודר, במיוחד קרניים אולטרה סגולות, אל תוך הפנים שלה. למרות שזה היה בלתי צפוי לחלוטין, זה היה גילוי בר מזל, שכן תכונה זו תורמת לשיפור התכונות הפוטואלקטרוכימיות".

השקפות עתידיות

נכון לעכשיו, מרווה וסטודנטים מאותה מעבדה מובילים חקירה של ההשפעה של בקרה מבנית מדויקת של ננופגודות תחמוצת אבץ, כמו גם עיטור פני השטח עם חומרים אחרים, על התכונות הפוטואלקטרוכימיות של הפגודות האמורות. מכיוון שתחמוצת אבץ נוטה לפוטקורוזיה, היא אינה יכולה לעמוד בפני קרינת אור שמש ארוכת טווח בעצמה, מה שמוביל אותנו להתמקד בשיפור העמידות באמצעות עיטור פני השטח. עם השגת תכונות פוטו-אלקטרוכימיות גבוהות וגם עמידות, אנו מתכננים לבצע הפקת מימן בפיצול מים בסביבה אמיתית (פירוק מי נהר או מי ים על ידי אור השמש) ולחלץ בעיות אמיתיות.

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
יוקו אוקובו
אוניברסיטת טויוהאשי לטכנולוגיה (TUT)
משרד: 81-532-44-6975

זכויות יוצרים © https://www.tut.ac.jp/english/

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: