Mere solenergi takket være titanium

Jord rigeligt, billige metaller er lovende fotokatalytiske elektrodematerialer i kunstig fotosyntese. Et hold kinesiske forskere rapporterer nu, at et tyndt lag titaniumdioxid under hæmatit nanorods kan øge fotoanodens ydeevne. Som beskrevet i deres rapport i journalen Angewandte Chemie , den nanostrukturerede elektrode nyder godt af to separate effekter. Dette design, der kombinerer nanostruktur med kemisk doping, kan være eksemplarisk for forbedrede "grønne" fotokatalytiske systemer.

Ved hjælp af en katalysator, sollys kan drive oxidation af vand til oxygen og frigivelse af elektroner til strømgenerering, en proces også kaldet kunstig fotosyntese. Jernoxid i form af hæmatit er en bekvem og billig katalysatorkandidat, men elektronerne frigivet af den kemiske reaktion har en tendens til at blive fanget igen og fare vild; elstrømmen er ineffektiv. Som en løsning, Jinlong Gong fra Tianjin University, Kina, introducerede et nanometertyndt passiveringslag af titaniumdioxid. Dette forhindrer ikke kun ladningsrekombination mellem hæmatitelektrodestrukturen og substratet, men det giver også jernoxidet en betydelig dopingkilde for at øge dets ladningsbærer-tæthed, en meget lovende effekt til fotoelektriske applikationer.

Hæmatit kan være et rigeligt materiale (jernmalm), men på trods af dets fotokatalytiske fordele som fotostabilitet og gode energimæssige forudsætninger, forskere kæmper stadig med dens træge kinetik og dårlige elektriske ledningsevne. Nanostruktureret hæmatit kan være en løsning. Hæmatitfotokatalysatorerne dyrkes på ledende glassubstrater i nanorodarrays, som yderligere er forsynet med grene for at opnå en busket, dendritisk form. Denne forgrenede nanorodstruktur forstørrer overfladen kraftigt for at fremme vand-oxidationsreaktionen, men problemet med ladningsrekombination, især ved hæmatit-substrat grænsefladen, er ikke løst.

Derfor, Gong og hans kolleger voksede dendritiske hæmatit -nanoroder på et mellemlag af titandioxid, som i sig selv er et fotoaktivt materiale. Hvis den er tilstrækkelig tynd, den belagte struktur kan både forhindre ladningsrekombination og give ledningsevne, men dette var ikke den eneste hensigt, videnskabsmændene havde. "Titandioxid -mellemlaget blev anset for at fungere som en titankationskilde til at dope hæmatit, " argumenterede de. Doping betyder her at øge ladningsbærerens tæthed i fotokatalysatoren ved at bringe flere positive centre ind og øge den elektriske ledningsevne.

Begge effekter, passivering og doping, producerede faktisk en mere end fire gange højere fotostrøm under standardiserede forhold. Tilsætningen af ​​en jernhydroxid-co-katalysator skubbede fotostrømtætheden endnu længere til en værdi, der er mere end fem gange højere end den for det udopede system. Dette design kombinerer billige materialer, få forberedelsestrin, og forbedret elektrisk ydelse kan være eksemplarisk for forbedrede systemer inden for grøn kunstig fotosyntese.