Ser lyset:Forskere tilbyder løsning på effektivitetsproblemet ved kunstig fotosyntese

Hydrogen-drevet elektronik, rejse, og mere kan være et skridt tættere takket være arbejdet i et team af forskere i Japan. Forskerne har udviklet en effektiv metode til at producere en nøglekomponent, der er nødvendig for at konvertere solenergi og vand til brintbrændstof, en proces kaldet fotoelektrokemisk vandopdeling. De offentliggjorde deres resultater i oktober i Anvendte energimaterialer , et tidsskrift for American Chemical Society.

"Med overflod af solenergi og vand, fotoelektrokemisk vandopdeling er en lovende måde at lette globale miljø- og energilagringsproblemer på, "sagde hovedforfatter Katsuya Teshima, en professor ved Institut for Materialekemi og direktøren for Center for Energi- og Miljøvidenskab ved Shinshu University. Teshima er også tilknyttet Nagano Prefecture Nanshin Institute of Technology.

Ved vandopdeling, en fotoanode, som er en halvleder og en metalkatode, absorberer sollys. Halvlederen absorberer højenergifotoner fra det lys, som tvinger opdeling af molekylerne omkring halvlederen. Dette får ilt til at skilles fra brint og kombineres med andre frie iltmolekyler. Hydrogenpar og iltpar kan derefter transporteres separat til de relevante katoder, der skal lagres og bruges som energi.

Problemet, imidlertid, ifølge Teshima og kollega, Suzuki, er, at de første foreslåede fotoanoder kun kunne absorbere UV -lys, som tegner sig for cirka fem procent af solspektret. Lavet af titaniumoxid, disse fotoanoder er yderst effektive til at konvertere den solenergi, de fanger, men de er ikke en levedygtig mulighed for industriel brug, fordi de fanger så lidt solenergi.

Teshima og hans team har vendt sig til tantalnitrid, et af de mest lovende lysfølsomme materialer, der er tilgængelige til brug i vandopdeling. Det kan ikke kun absorbere synligt lys, men det kan også absorbere lys med en bølgelængde op til 600 nanometer, hvilket giver mulighed for endnu mere lysabsorbering. Forskerne fremstillede tidligere tantalnitridkrystallerne, men processen var kompliceret, og det resulterende krystallag varierede i tykkelse og dækning. Sådanne ujævnheder kan føre til ineffektive eller endda fuldstændig ineffektive indsatser for spaltning af vand.

I dette nye forsøg, Teshima placerede metaltantalprøverne oven på pulvernatriumforbindelser, og opvarmede dem med ammoniakgas ved høje temperaturer. Forskerne kunne kontrollere, hvor jævnt natriumforbindelserne reagerede med tantal, samt hvor tykt krystallaget voksede ved at ændre forholdet mellem natriumforbindelserne, temperaturen, og tiden.

"Vores ultimative mål er effektivt at producere brint og iltgasser fra naturligt vand ved hjælp af vores fluxdyrket fotoanode, "Sagde Teshima." Da miljø- og energiproblemer er globale spørgsmål, vi vil bidrage til deres løsninger. "