Løsning af global opvarmning med nye nanopartikler og solskin
Figur 1. Foreslået energidiagram, der repræsenterer elektronoverførselsmekanismen i TiO 2 /WO 3 -Ag hybrid nanopartikler. Dette såkaldte Z-skema viser strømmen af ladede partikler (elektroner, e- og huller, , h+) gennem de forskellige komponenter i nanopartiklerne. Blå TiO 2 og WO 3 's e- kan optage lavere (valensbånd, VB) og højere (ledende bånd, CB) energiniveauer. Fotoner fra sollys (torden) giver energien til e-en til at hoppe op fra VB til CB (sorte pile peger opad), efterlader h+ bag sig. TiO 2 's nederste bånd er tæt, bare en smule lavere end WO3's højere båndniveau, så e- fra det høje bånd af WO3 kan migrere til VB af blå TiO 2 at fange dens huller. Efter adskillelse, det spændte e-spring fra CB of TiO 2 på sølvnanopartikler, der tillader omdannelse af CO 2 ind i CO, mens det fotogenererede h+ i WO 3 stedet oxider vand (H 2 O) for at danne oxygen (O 2 ). Kredit:Institut for Grundvidenskab
Høst sollys, forskere fra Center for Integrated Nanostructure Physics, inden for Institut for Grundvidenskab (IBS, Sydkorea) udgivet i Materialer i dag ("Faseselektive højeffektive nanostrukturerede metal-dekorerede hybridhalvledere til solomdannelse af CO 2 til absolut CO-selektivitet") en ny strategi til at omdanne kuldioxid (CO 2 ) til oxygen (O 2 ) og ren kulilte (CO) uden biprodukter i vand. Denne kunstige fotosyntesemetode kan bringe nye løsninger til miljøforurening og global opvarmning.
Mens, i grønne planter, fotosyntese fikser CO 2 til sukker, den kunstige fotosyntese rapporteret i denne undersøgelse kan omdanne CO 2 til ilt og ren CO som output. Sidstnævnte kan så bruges til en bred vifte af applikationer inden for elektronik, halvleder, farmaceutiske, og kemiske industrier.
Nøglen er at finde den rigtige højtydende fotokatalysator til at hjælpe fotosyntesen med at finde sted ved at absorbere lys, omdanne CO 2 , og sikre en effektiv strøm af elektroner, som er afgørende for hele systemet.
Titaniumoxid (TiO 2 ) er en velkendt fotokatalysator. Det har allerede tiltrukket sig betydelig opmærksomhed inden for solenergikonvertering og miljøbeskyttelse på grund af dets høje reaktivitet, lav toksicitet, kemisk stabilitet, og lave omkostninger.
Mens konventionel TiO 2 kan kun absorbere UV-lys, IBS-forskerholdet rapporterede tidligere om to forskellige typer af blåfarvet TiO 2 (eller "blå titania") nanopartikler, der kunne absorbere synligt lys takket være et reduceret båndgab på omkring 2,7 eV.
De var lavet af ordnet anatase/forstyrret rutil (Ao/Rd) TiO 2 (hedder, HYL's blå TiO 2 -I) ("Et orden/uorden/vandforbindelsessystem til højeffektiv co-katalysator-fri fotokatalytisk brintgenerering"), og forstyrret anatase/ordnet rutil (Ao/Rd) TiO 2 (hedder, HYL's blå TiO 2 -II) ("Synligt-lys-drevet, Metalfri CO 2 Reduktion"), hvor anatase og rutil refererer til to krystallinske former af TiO 2 og indførelsen af uregelmæssigheder (uorden) i krystallen øger absorptionen af synligt og infrarødt lys.
Figur 2. Effektiv og selektiv produktion af CO med forskellige nanopartikler. (a) Grafen viser, at hybrid TiO 2 /WO 3 -Ag (7BT/W1-A1) nanopartikler er de bedste til selektivt at producere ren CO, uden H 2 og CH 4 biprodukter inden for en syv timers tidsramme. Disse kan sammenlignes med nanopartikler lavet af blå TiO 2 , WO 3 , hybrid TiO 2 /WO 3 (7BT/W1) og hybrid TiO 2 /Ag (W1-A1). (b) CO-produktion ved hjælp af forskellige hybrid-nanopartikler fremstillet af TiO2/WO3-Ag (røde linjer), TiO 2 /WO 3 (grønne linjer) og TiO 2 -kun nanopartikler (blå linjer) inden for ni timer. 7BT/W1-A1 med en koncentration på 1 procent sølv har den bedste ydeevne. Kredit:Institut for Grundvidenskab
Til effektiv kunstig fotosyntese til omdannelse af CO 2 til ilt og ren CO, IBS-forskere havde til formål at forbedre ydeevnen af disse nanopartikler ved at kombinere blå (Ao/Rd) TiO 2 med andre halvledere og metaller, der kan øge vandoxidationen til oxygen, parallelt med CO 2 reduktion kun til CO.
Forskerholdet opnåede de bedste resultater med hybride nanopartikler lavet af blå titaniumoxid, wolframtrioxid (WO 3 ), og 1 procent sølv (TiO 2 /WO 3 -Ag).
WO 3 blev valgt på grund af den lave valensbåndposition med dens smalle båndgab på 2,6 eV, høj stabilitet, og lave omkostninger. Sølv blev tilføjet, fordi det forbedrer absorptionen af synligt lys, ved at skabe en kollektiv oscillation af frie elektroner exciteret af lys, og giver også høj CO-selektivitet.
Hybridnanopartiklerne viste omkring 200 gange højere ydeevne end nanopartikler lavet af TiO 2 alene og TiO 2 /WO 3 uden sølv.
Starter fra vand og CO 2 , denne nye hybridkatalysator producerede O2 og ren CO, uden sideprodukter, såsom brintgas (H2) og metan (CH4). Det tilsyneladende kvanteudbytte, som er forholdet mellem flere reagerede elektroner og antallet af indfaldende fotoner, var 34,8 procent, og hastigheden af reagerede elektroner 2333,44 µmol g-1h-1. Den samme måling var lavere for nanopartikler uden sølv (2053,2 µmol g-1h-1), og for nanopartikler med kun blå TiO 2 (912,4 µmol g-1h-1).
Sidste artikelUnikke organiske lys-emitterende molekylære emittere
Næste artikelMekanisk vejrtrækning i smarte vinduer
Varme artikler
-
Sådan beregnes molprocentI de fysiske videnskaber relateres nogle egenskaber ved blandinger til molfraktion eller molprocent af en af blandingens komponenter. Molet repræsenterer en mængde stof, men angår antallet af ato -
Klar, ledende belægning kunne beskytte avancerede solceller, berøringsskærmeSkematisk illustration af PEDOT-syntese ved oCVD-metoden. (A) Det sure skylletrin efter afsætning (f.eks. MeOH eller HBr skylning) bruges generelt til poly(3, 4-ethylen dioxythiophene) (PEDOT) film dy -
Hvordan bliver et objekt positivt ladet?Har du nogensinde set et lynnedslag eller blevet chokeret, da du rørte ved en dørknop? I så fald har du observeret strømmen af elektriske ladninger i aktion. Positive og negative elektriske ladninge -
Metal organiske rammer metallisk beherskelseKredit:CC0 Public Domain De stramt definerede forhold mellem metaller i MOFer gør dem til ideelle udgangsmaterialer til skabelse af nye katalysatorer. Opvarmning af bimetalliske organiske metalst
- Nye materialer til elektronisk emballage:Forskere forbedrer energiomkostningerne ved chipfremstillin…
- Kinas store oversvømmelse må ikke længere bare være en myte
- Fleksibel og dynamisk transportløsning til fremtidig 5G-kommunikation udviklet
- Forskning viser, at klimaændringer påvirker rekreativ adfærd
- Hvor godt kender folk egentlig sig selv?
- Et tilbageblik på Cassinis utrolige mission til Saturn, før det sidste springer ned på planeten