Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Ultratyndt sort fosfor til solcelledrevet brintøkonomi

Fig.1. Skematisk diagram over Z-skema fotokatalytisk overordnet vandopdeling ved hjælp af BP/BiVO4 under bestråling af synligt lys. Kredit:Osaka University

Brint som brændstofkilde, frem for kulbrinter som olie og kul, giver mange fordele. Brændende brint producerer harmløst vand med potentiale til at eliminere kuldioxidemissioner og deres miljøbelastning. I jagten på teknologier, der kan føre til et gennembrud i opnåelsen af ​​en brintøkonomi, et centralt spørgsmål er at lave brint billigt. Brug af katalysatorer til spaltning af vand er den ideelle måde at generere brint på, men det kræver normalt en energiindgang fra andre kemikalier, elektricitet, eller en portion sollys, der har høj nok energi.

Nu har forskere ved Osaka University udviklet et nyt katalytisk system til effektivt at splitte vand og fremstille brint med energi fra normalt sollys. Deres undersøgelse blev for nylig rapporteret i Angewandte Chemie International Edition .

"Det har ikke været muligt at bruge synligt lys til fotokatalyse, men vores tilgang til at kombinere nanostruktureret sort fosfor til vandreduktion til hydrogen og vismutvanadat til vandoxidation til ilt lader os gøre brug af en bred vifte af solspektret til at lave brint og ilt med en hidtil uset effektivitet, "siger hovedforfatter Mingshan Zhu.

Sort fosfor har en flad, todimensionel struktur svarende til grafens og absorberer stærkt lys på tværs af hele det synlige spektrum. Forskerne kombinerede det sorte fosfor med vismutvanadat, som er en velkendt vandoxidationskatalysator.

På samme måde som planter transporterer elektroner mellem forskellige strukturer i naturlig fotosyntese for at splitte vand og lave ilt, de to komponenter i denne nye katalysator kunne hurtigt overføre elektroner ophidset af sollys. Mængderne af de to komponenter blev også optimeret i katalysatoren, hvilket fører til produktion af hydrogen og iltgasser i et ideelt 2:1 -forhold.

Medforfatter Tetsuro Majima siger, "Realiseringen af ​​brintproduktion drevet af sollys er grundlaget for et brintorienteret samfund. Vores bidrag overvinder en betydelig hindring, men der er meget arbejde tilbage for at gøre brint til en praktisk brændstofkilde i fremtiden. "

Fig.2. Fotokatalytisk overordnet opdeling af rent vand ved hjælp af 2D-heterostrukturer af BP/BiVO4 uden offermidler under bestråling af synligt lys. Kredit:Osaka University




Varme artikler