Нанотехнологии сегодня - Пресс-релиз: Разработка фотоэлектрода из массива нанопагод из оксида цинка: фотоэлектрохимическое производство водорода путем расщепления воды

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Разработка фотоэлектрода из массива нанопагод из оксида цинка: производство водорода фотоэлектрохимическим расщеплением воды

(a) (b): массив наностержней из оксида цинка, (c) (d): массив нанопагод из оксида цинка, (e) (f): массив нанопагод из оксида цинка, украшенный наночастицами серебра. Верхний ряд содержит изображения поверхности, а нижний ряд — соответствующие изображения поперечного сечения.

КРЕДИТ
АВТОРСКИЕ ПРАВА (C) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОЙОХАСИ. ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ.

(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.

КРЕДИТ
АВТОРСКИЕ ПРАВА (C) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОЙОХАСИ. ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ.

Абстрактные:
Обзор

Исследовательская группа, состоящая из сотрудников Египетского института нефтяных исследований и Лаборатории функциональных материалов Технологического университета Тойохаси, разработала новый высокопроизводительный фотоэлектрод, создав массив нанопагод из оксида цинка уникальной формы на прозрачном электроде и нанеся наночастицы серебра на его поверхность. Нанопагода из оксида цинка характеризуется наличием множества ступенчатых структур, поскольку она состоит из стопок шестиугольных призм разного размера. Кроме того, он имеет очень мало кристаллических дефектов и отличную электронную проводимость. Украшая свою поверхность наночастицами серебра, фотоэлектрод из массива нанопагод из оксида цинка приобретает свойства поглощения видимого света, что позволяет ему функционировать под воздействием солнечного света.

Разработка фотоэлектрода из массива нанопагод из оксида цинка: производство водорода фотоэлектрохимическим расщеплением воды

Тойохаси, Япония | Опубликовано 12 января 2024 г.

Подробнее

Ожидается, что фотоэлектрохимическое расщепление воды с использованием солнечного света будет использоваться в качестве технологии для производства чистой энергии в виде водорода. В качестве ключевых материалов для этой технологии фотоэлектроды должны иметь низкий перенапряжение против реакций расщепления воды, а также высокую эффективность поглощения солнечной энергии и передачи заряда. Для практического применения эта технология не может использовать редкие металлы в качестве исходных материалов, а процесс изготовления должен быть индустриализирован; однако материалы, удовлетворяющие этим требованиям, еще не разработаны.

Соответственно, исследовательская группа сосредоточилась исключительно на массиве нанопагод из оксида цинка, поскольку такие массивы недороги в производстве, обладают высокой электронной проводимостью и не подвержены истощению сырья. Первоначально считалось, что массивы нанопагод из оксида цинка трудно изготовить с хорошей воспроизводимостью. Под руководством Марвы Абуэлэлы, аспирантки третьего курса, которая также является ведущим автором этой статьи, команда сначала оптимизировала процесс синтеза, чтобы обеспечить высокую воспроизводимость. При оценке фотоэлектрохимических свойств полученного фотоэлектрода было обнаружено появление относительно большого фототока при псевдосолнечном облучении. В дополнение к высокой эффективности переноса заряда, связанной с низкой плотностью дефектов и высокой активностью химических реакций на поверхности на многих этапах, анализ электромагнитного поля показал, что уникальная наноструктура нанопагоды может эффективно улавливать ультрафиолетовые лучи, содержащиеся в падающем свете.

Чтобы обеспечить эффективное использование видимого света, на долю которого приходится 55% солнечного света, исследовательская группа дополнительно улучшила фотоэлектрохимические свойства, украсив поверхность нанопагоды из оксида цинка наночастицами серебра, которые проявляют локализованный поверхностный плазмонный резонанс, увеличивая фототок примерно в 1.5 раза. . Спектр действия величины фототока показывает, что это улучшение в первую очередь связано с переносом горячих электронов, вызванным поглощением видимого света локализованным поверхностным плазмонным резонансом наночастиц серебра. За счет оптимизации применения наночастиц серебра удалось лишь улучшить фотоэлектрохимические свойства, предотвратив при этом неблагоприятное воздействие на свойства самой нанопагоды.

История развития

Доцент Го Кавамура, один из авторов, заявил следующее: «Нанопагоды из оксида цинка рассматривались для применения только в эмиттерах электронных пушек, поскольку они использовали их высокую эффективность переноса заряда. Однако, поскольку структура имеет много ступеней, наша первоначальная идея заключалась в том, что она очень активна в отношении поверхностных химических реакций и может быть пригодна для катализа фотоэлектрохимических реакций. Успешно изготовив нанопагоду, мы стремились повысить эффективность использования солнечного света за счет применения наночастиц серебра, обладающих локализованным поверхностным плазмонным резонансом, и оценили эффект с помощью анализа электромагнитного поля; однако было обнаружено, что нанопагода из оксида цинка улавливает падающий свет, особенно ультрафиолетовые лучи, внутрь себя. Хотя это было совершенно неожиданно, это было удачное открытие, поскольку это свойство способствует улучшению фотоэлектрохимических свойств».

Перспективы на будущее

В настоящее время Марва и студенты той же лаборатории проводят исследование влияния точного структурного контроля нанопагод из оксида цинка, а также отделки поверхности другими материалами на фотоэлектрохимические свойства указанных пагод. Поскольку оксид цинка склонен к фотокоррозии, он не может сам по себе выдерживать длительное солнечное облучение, что заставляет нас сосредоточиться на повышении долговечности за счет декорирования поверхности. Достигнув как высоких фотоэлектрохимических свойств, так и долговечности, мы планируем осуществить производство водорода путем расщепления воды в реальной среде (разложение речной или морской воды солнечным светом) и извлечь реальные проблемы.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Йоко Окубо
Технологический университет Тоёхаси (TUT)
Офис: 81-532-44-6975

Авторские права © https://www.tut.ac.jp/english/

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: