Miljøvenlige elektrokemiske katalysatorer, der bruger solceller til at høste energi fra solen

Et forskerhold fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og Kanazawa University har udviklet en miljøvenlig enhed, der bruger solenergi til at katalysere en elektrokemisk oxidationsreaktion med høj effektivitet.

Grønne energikilder udgør et varmt forskningsfelt globalt på grund af den nuværende miljøkrise og nødvendigheden af ​​at undgå ikke-vedvarende energi (fossile brændstoffer). Forskere har søgt måder at udnytte og høste solenergi i årtier, og fotovoltaiske anordninger, som omdanner lys til elektricitet, er meget efterspurgte.

Undersøgelsen af ​​disse enheder er skredet siden 1970'erne, efter de økonomiske chok forårsaget af oliepriserne. Mens de fleste fremskridt blev gjort for siliciumbaserede solceller, forskere har demonstreret, at organiske fotovoltaiske enheder også kan opnå acceptabel ydeevne. Brug af organiske materialer er en fordel, fordi de kan udskrives og males som miljøvenlige processer, i modsætning til siliciumprocesser. Organiske materialer findes også i stor variation, gør det muligt at skræddersy dem til hver specifik applikation.

Organiske fotovoltaiske solceller består af et "aktivt lag", der er klemt mellem to forskellige elektroder (en gennemsigtig frontelektrode og en bagelektrode). Det aktive lag er der, hvor magien starter; energien fra fotonerne i det indfaldende lys overføres til elektronerne i materialet ved kollisioner, spændende dem og sætter dem i gang, efterlader positivt ladede pseudopartikler kendt som "huller". Disse findes ikke teknisk, men kan bruges til omtrent at beskrive materialets elektriske adfærd. Betydningen af ​​elektroderne ligger i, at hver enkelt skal samle en type af disse ladede partikler (man samler huller, og de andre elektroner) for at forhindre dem i at rekombineres i det aktive lag. Elektronerne strømmer gennem et eksternt kredsløb, der er forbundet til begge elektroder, skaber elektricitet fra lys.

Imidlertid, det er udfordrende at samle et stort antal elektroner og huller ved elektroderne og omdanne lys til elektricitet med høj effektivitet. Nogle forskere har foreslået direkte at bruge de genererede huller eller elektroner i kemiske reaktioner nær det aktive lag. Så motiveret, et forskerhold, herunder Dr.

Deres tilgang starter med en konventionel organisk fotovoltaisk enhed, som let kan fremstilles, og hvis egenskaber er velkendte, og mekanisk fjernelse af bagelektroden, hvor huller opsamles. Det eksponerede aktive lag er belagt med ZnPc og nedsænket i thiol, som vist i fig. 1. Hullerne, der genereres af det indfaldende lys, bruges direkte til thioloxidation, som katalyseres (lettes) af ZnPc -laget. De ophidsede elektroner strømmer ud gennem den resterende frontelektrode, generere en elektrisk strøm.

Enkelheden og fordelene ved fremstillingsmetoden og den målte effektivitet ved høst af lysenergi er meget lovende. "Fjernelsen af ​​bagelektroden er en lovende og gentagelig teknik til konstruktion af en velkarakteriseret fotoelektrokemisk celle, "forklarer Dr. Nagai. Forskerne undersøgte også de topografiske og elektrokemiske egenskaber af det aktive lag belagt med ZnPc for at belyse principperne for dets katalytiske aktivitet." Virkningerne af ZnPc -belægningen blev tydeligt observeret i vores analyser og består af den effektive akkumulering af fotogenererede huller, "siger Dr. Takahashi fra Kanazawa University. Miljøvenlige enheder som den foreslåede giver flere måder at høste energi fra solen og bringe os tættere på en grønnere fremtid.