Nanostrukturering øger effektiviteten af ​​metalfrie fotokatalysatorer med faktor 11

En af de store udfordringer ved overgangen til vedvarende energi er at levere energi, selv i mangel af sollys. Brintproduktion ved at splitte vand ved hjælp af sollys kan tilbyde en løsning. Hydrogen er et godt energilagringsmedium, og kan bruges på mange måder. Imidlertid, katalysatorer er nødvendige for at splitte vand. Platin bruges ofte, men det er sjældent og dyrt. Forskere søger derfor mere økonomiske alternativer. Nu, et team ledet af Dr. Tristan Petit fra HZB, sammen med kolleger ledet af prof. Bin Zhang fra Tianjin University, Tianjin, Kina, har gjort store fremskridt ved hjælp af en velkendt klasse af metalfrie fotokatalysatorer.

Bin Zhang og hans team har specialiseret sig i syntese af polymere carbonnitrider (PCN) som en katalysator til brintproduktion. PCN -molekylerne danner en struktur, der kan sammenlignes med tynde lag filodejdej - tætpakket ark af dette materiale pakkes sammen. Det er nu lykkedes for de kinesiske kemikere at adskille de enkelte plader fra hinanden ved hjælp af en relativt enkel totrins varmebehandling-på samme måde som butterdej adskiller sig til individuelle sprøde lag i ovnen. Varmebehandlingen producerede prøver bestående af individuelle nanolag med store porer indeholdende forskellige aminogrupper med specifikke funktionaliteter.

Petit og hans team undersøgte en række af disse PCN -prøver på BESSY II. "Vi var i stand til at bestemme, hvilke amino- og oxygenerede grupper der var deponeret i porerne, "siger ph.d. -studerende Jian Ren, medforfatter af publikationen. Forskerne analyserede, hvordan specifikke aminogrupper trækker elektroner til sig selv, en særlig fordelagtig ejendom til spaltning af vand, og hvordan nye iltbaserede defekter blev dannet.

Når det kombineres med nikkel som en co-katalysator, disse prøver af nanostrukturerede PCN udviste faktisk rekordhøj effektivitet, 11 gange normal PCN under bestråling af synligt lys.

"Dette viser, at PCN er en interessant potentiel katalysator for sol-til-brint produktion, nærmer sig effektiviteten af ​​uorganiske katalysatorer, "siger Petit, der er en Volkswagen Foundation Freigeist Fellow. "Desuden, dette arbejde viser også, at bløde røntgenspektroskopier er væsentlige værktøjer til at opklare mulige katalytisk aktive steder på fotokatalysatorer. "