Nanokatalizator zasilany światłem do wytwarzania wodoru przy użyciu światła słonecznego

(Wiadomości Nanowerk) Zespół z UPC i Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) zaprojektował wydajny i stabilny fotokatalizator zdolny do wytwarzania wodoru bezpośrednio przy użyciu światła słonecznego. Wyniki publikowane są w czasopiśmie Nature Communications(„Techniczny TiO2 napędza aktywność fotokatalityczną i stabilność osadzonych klastrów metali szlachetnych podczas H2 ewolucja”). Zdjęcie przedstawiające, jak odsłonięte powierzchnie krystalograficzne dwutlenku tytanu i klastrów metali można wykorzystać do czystej i zrównoważonej produkcji wodoru. (Zdj.: UPC) Wodór jest niezbędny do transformacji energetyki, o ile jest wytwarzany ze źródeł odnawialnych (zielony wodór). Od dawna wiadomo, że elektrony w niektórych półprzewodnikach mogą brać udział w reakcjach chemicznych pod wpływem światła słonecznego. Tak jest w przypadku dwutlenku tytanu, taniego i nieszkodliwego materiału, powszechnie stosowanego jako biały pigment w farbach, tworzywach sztucznych, papierze, tuszach i kosmetykach. Wzbudzone elektrony w dwutlenku tytanu są zdolne do wytwarzania wodoru z protonów w wodzie i związkach organicznych. Jednakże produkcja wodoru jest bardzo niska, ponieważ elektrony mają tendencję do relaksacji, a nie reagowania, więc wydajność procesu jest zbyt niska z praktycznego punktu widzenia. To ograniczenie można obejść poprzez kontakt dwutlenku tytanu z metalem nanocząstki, które działają jak filtry elektronów, wydłużając czas życia elektronów w stanie wzbudzonym, dzięki czemu mogą one reagować i wytwarzać wodór. Pozwala to na osiągnięcie kilkusetkrotnie wyższych plonów. Badanie to stanowi krok naprzód w kierunku zrównoważonej produkcji wodoru. Kierowali nim badacz Ramón y Cajal Lluís Soler i profesor Jordi Llorca z grupy badawczej ENCORE-NEMEN Wydziału Inżynierii Chemicznej i Instytutu Technologii Energetycznych Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC). Są także częścią Specjalistycznego Centrum Badań Wodoru (CER-H2). Korzystając z procesu mechanochemicznego, badacze osadzili klastry metali na nanocząsteczkach dwutlenku tytanu o różnych morfologiach i odkryli, że różne odsłonięte powierzchnie krystalograficzne dwutlenku tytanu również odgrywają kluczową rolę w produkcji wodoru. Zarówno stabilność fotokatalizatorów, jak i siła przenoszenia elektronów pomiędzy półprzewodnikiem a nanocząstkami metalu są silnie powiązane z odsłoniętymi powierzchniami półprzewodnika, które odpowiadają za ruchliwość i agregację atomów. Diagram przedstawiający znaczenie nanocząstek metali i odsłoniętych powierzchni krystalograficznych dwutlenku tytanu w produkcji wodoru bezpośrednio przy użyciu światła słonecznego. (Zdjęcie: UPC) Wyniki są jasne. Po osadzeniu klastrów platyny na oktaedrycznych nanocząsteczkach dwutlenku tytanu otrzymuje się fotokatalizator, który wytwarza większe ilości wodoru i, co najważniejsze, jest znacznie bardziej stabilny niż jakakolwiek inna kombinacja. Niezwykły przykład jak nanotechnologia można zastosować do projektowania nowych urządzeń w dziedzinie energetyki. Aby zrozumieć wyniki, badacz Ramón y Cajal Claudio Cazorla z Wydziału Fizyki UPC przeprowadził obliczenia mechaniki kwantowej w celu zbadania struktury elektronowej fotokatalizatorów, które porównano z wynikami rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów uzyskanymi w Centrum Badawczym UPC w wieloskalowej nauce i inżynierii. Centrum znajduje się na terenie kampusu Diagonal-Besòs, podobnie jak Barcelona East School of Engineering (EEBE), w której badacze również wykładają. Wyniki tych badań umożliwią zaprojektowanie nowych katalizatorów do wydajnej i zrównoważonej produkcji zielonego wodoru. W UPC w Specjalnym Centrum Badań Wodoru trwają już prace nad zastosowaniem tych wyników w praktyce. W badaniu uczestniczyli także doktorant UPC Yufen Chen oraz badacze z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2).

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64377.php