Mere effektive fotokatalysatorer kunne frigøre solenergiens potentiale

En organisk halvlederfotokatalysator, der markant forbedrer genereringen af ​​brintgas, kan føre til mere effektive energilagringsteknologier.

Forbrænding af fossile brændstoffer fører til farlige klimaændringer, driver søgen efter renere vedvarende energikilder. Solenergi er langt den mest udbredte vedvarende energikilde, men at frigøre dets potentiale kræver en måde at opbevare det på til senere brug.

En standardmetode til lagring af solenergi er i de kemiske bindinger af molekylært brint ved hjælp af brintudviklingsfotokatalysatorer (HEP'er). I øjeblikket, de fleste HEP'er er lavet af enkeltkomponent uorganiske halvledere. Disse kan kun absorbere lys ved ultraviolette bølgelængder, hvilket begrænser deres evne til at producere brint.

Et team ledet af Iain McCulloch fra KAUST Solar Center, i samarbejde med forskere fra USA og Storbritannien, har nu udviklet HEP'er fremstillet af to forskellige halvledende materialer. De inkorporerede disse materialer i organiske nanopartikler, der kan indstilles til at absorbere mere af det synlige lysspektrum.

"Traditionelt uorganiske halvledere er blevet brugt til fotokatalytiske applikationer, siger Jan Kosco, første forfatter til undersøgelsen. "Imidlertid, disse materialer absorberer primært UV -lys, som udgør mindre end fem procent af solspektret. Derfor, deres effektivitet er begrænset."

Holdet brugte først en metode kaldet miniemulsion, hvor en opløsning af de organiske halvledere emulgeres i vand ved hjælp af et stabiliserende overfladeaktivt middel. Næste, de opvarmede emulsionen for at drive opløsningsmidlet væk, efterlader overfladeaktivt stabiliserede organiske halvledernanopartikler.

Ved at variere overfladeaktivt stof, de var i stand til at kontrollere strukturen af ​​nanopartiklerne, transformere dem fra en kerne-skal struktur til en blandet donor/acceptor struktur. Den blandede struktur gav dem mulighed for at indføre en heterojunction mellem lagene i donorpolymeren og nonfulleren acceptor.

"Begge strukturer absorberer lys i samme hastighed, " forklarer Kosco, "men i kerne-skal strukturen, kun fotogenererede huller når overfladen; imidlertid, i den blandede struktur, både huller og elektroner når overfladen af ​​nanopartiklerne, resulterer i øget generering af brint.

HEP'erne udviste brintudviklingshastigheder en størrelsesorden ud over, hvad der i øjeblikket er muligt med enkeltkomponent uorganiske HEP'er. Dette lægger grundlaget for næste generations energilagringsteknologier.

"Vi studerer i øjeblikket ydeevnen af ​​nanopartikler dannet af forskellige blandinger af halvledere for bedre at forstå deres struktur-aktivitetsforhold, "siger McCulloch." Vi søger at designe nanopartikelfotokatalysatorer til andre fotokatalytiske reaktioner, såsom iltudvikling eller kuldioxidreduktion."