Forskere designer holdbare organiske halvlederfotokatoder med metalfolieindkapsling

Brint fremstår som et populært miljøvenligt alternativ til fossile brændstoffer på grund af dets kulstofneutrale forbrændingsprodukter (vand, elektricitet og varme) og anses for at være næste generations brændstof til et nul-emissionssamfund. Men den største kilde til brint er ironisk nok fossile brændstoffer.

En måde at producere brint på en ren og bæredygtig måde er gennem vandspaltning drevet af sollys. Processen, kendt som "fotoelektrokemisk (PEC) vandopdeling" er grundlaget for driften af ​​organiske fotovoltaiske celler. Det, der gør denne metode attraktiv, er, at den muliggør 1) masseproduktion af brint på begrænset plads uden et netsystem og 2) højeffektiv konvertering af solenergi til brint.

På trods af sådanne fordele har de fotoaktive materialer, der anvendes i konventionelle PEC'er, imidlertid ikke de egenskaber, der kræves til en kommerciel indstilling. I denne henseende er organiske halvledere (OS'er) dukket op som et potentielt fotoelektrodemateriale til kommerciel PEC-brintproduktion på grund af deres høje ydeevne og lavprisudskrivning. Men på den negative side lider OS'er af dårlig kemisk stabilitet og lav fotostrømtæthed.

Nu kan et team af forskere ledet af prof. Sanghan Lee fra Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, endelig have løst dette problem. I deres nylige gennembrud, der dukkede op på forsiden af ​​Journal of Materials Chemistry A , tog holdet en tilgang baseret på indkapsling af OS-fotokatoden i platin-dekoreret titaniumfolie, en teknik kendt som "metalfolieindkapsling", for at forhindre dens eksponering for elektrolytopløsningen.

"Metalfolieindkapslingen er en kraftfuld tilgang til at realisere langtidsstabile OS-baserede fotokatoder, da den hjælper med at forhindre indtrængning af elektrolytter i operativsystemet og forbedrer deres langsigtede stabilitet, som det er blevet demonstreret i vores tidligere undersøgelser og andre rapporter om OS. -baserede fotoelektroder," forklarer prof. Lee.

Holdet fremstillede en organisk fotovoltaisk celle, hvor OS fotokatoden var dækket med titaniumfolie og godt spredte platinnanopartikler. Efter test viste OS fotokatoden et startpotentiale på 1 V i forhold til den reversible hydrogenelektrode (RHE) og en fotostrømtæthed på -12,3 mA cm ^-2 ved 0 V_RHE . Mest bemærkelsesværdigt viste cellen en rekorddriftsstabilitet, idet den bibeholdt 95,4% af den maksimale fotostrøm i over 30 timer uden nogen mærkbar forringelse af operativsystemet. Yderligere testede holdet modulet under faktisk sollys og var i stand til at producere brint.

Det meget stabile og effektive PEC-modul udviklet i denne undersøgelse kan muliggøre produktion af brint i stor skala og inspirere til innovative ruter til at bygge fremtidige brinttankstationer. "Med den voksende trussel fra global opvarmning er det bydende nødvendigt at udvikle miljøvenlige energikilder. PEC-modulet, der blev udforsket i vores undersøgelse, kunne installeres i brinttankstationer, hvor brint kan både masseproduceres og sælges på samme tid, " siger prof. Lee. + Udforsk yderligere

En strategi til at stabilisere vandspalende fotoelektroder til sol-til-brint produktion