Forskere rapporterer om ny oxyfluoridforbindelse til fotokatalyse

I løbet af det sidste årti, forskningen er intensiveret for at udvikle effektive, menneskeskabte fotokatalysatorer, der arbejder under synligt lys - et vigtigt mål for vedvarende energisystemer. Forskere i Japan har nu vist, at et oxyfluorid er i stand til synlig lys-drevet fotokatalyse. Fundet åbner nye døre for design af materialer til kunstig fotosyntese og forskning i solenergi.

Kazuhiko Maeda fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Kengo Oka fra Chuo University og samarbejdspartnere i Japan er lykkedes med at påvise, at Pb ₂ Ti ₂ O ₅ . ₄ F ₁ . ₂ fungerer som en stabil fotokatalysator til synlig lys-drevet vandspaltning og kuldioxidreduktion ved hjælp af korrekte overflademodifikationer.

Det nye materiale har et usædvanligt lille båndgab på omkring 2,4 elektronvolt (eV), hvilket betyder, at det kan absorbere synligt lys med en bølgelængde på omkring 500 nanometer (nm). Generelt, båndgab større end 3 eV er forbundet med ineffektiv udnyttelse af sollys, hvorimod dem, der er mindre end 3 eV, er ønskelige for effektiv omdannelse af solenergi.

Derudover oxyfluoridet tilhører en gruppe af forbindelser, der indtil nu stort set var blevet overset på grund af fluors højeste elektronegativitet, en egenskab, der i det væsentlige udelukkede dem som kandidater til synligt lys-drevne fotokatalysatorer.

Det nye oxyfluorid er "et ekstraordinært tilfælde, " siger forskerne i deres undersøgelse, som er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Ud fra strukturelle overvejelser og teoretiske beregninger, de konkluderer, at "oprindelsen af ​​det synlige lys-respons i Pb ₂ Ti ₂ O ₅ . ₄ F ₁ . ₂ ligger i de unikke egenskaber, der er specifikke for strukturen af ​​pyrochlortypen." Nemlig, det er den stærke vekselvirkning mellem visse orbitaler (Pb-6s og O-2p) muliggjort af kort Pb-O-binding i pyrochlorstrukturen, der menes at give anledning til materialets evne til at absorbere synligt lys.

En begrænsning er, at udbyttet af den nye fotokatalysator i øjeblikket forbliver lavt, ved et tal på omkring 0,01 procent ved 365 nm for brintudvikling. Forskergruppen undersøger derfor, hvordan man kan øge udbyttet ved at ændre Pb ₂ Ti ₂ O ₅ . ₄ F ₁ . ₂ gennem forfining af metoder til syntese og overflademodifikation.