Vandopdeling til konvertering af solenergi

For at muliggøre brintproduktion i stor skala ved hjælp af solenergi, partikelfotokatalysatorer forskes i som en enkel og omkostningseffektiv løsning til at spalte vand til brint og ilt. Det er nødvendigt at udvikle en fotokatalysator, der effektivt kan bruge synligt lys, som står for en stor del af solenergien, i vandnedbrydningsreaktionen. Bariumtantaloxynitrid (BaTaO ₂ N) er et oxynitrid-halvledermateriale, der absorberer synligt lys op til 650 nm og har en båndstruktur, der er i stand til at nedbryde vand til brint og oxygen. Indtil for ganske nylig, det havde ikke været muligt at indlæse BaTaO ₂ N granulat med co-katalysator fine partikler, som er reaktionsaktive steder, med god vedhæftning og høj spredning.

I denne undersøgelse ledet af Research Initiative for Supra-Materials fra Shinshu University, co-katalysatorens fine partikler viste sig at være stærkt spredt på overfladen af ​​de fine enkeltkrystalpartikler af BaTaO ₂ N syntetiseret ved fluxmetoden, når imprægnerings-reduktionsmetoden og fotoaflejringsmetoden blev anvendt sekventielt.

Som resultat, effektiviteten af ​​hydrogeneringsreaktionen under anvendelse af BaTaO ₂ N-fotokatalysator er blevet forbedret til næsten 100 gange så stor som den konventionelle, og effektiviteten af ​​to-trins excitationstype (Z-skema type) vandnedbrydningsreaktion i kombination med oxygengenereringsfotokatalysatoren er også blevet forbedret. Transient absorptionsspektroskopi afslører, at de Pt-assisterede katalysatormikropartikler understøttet af den nye metode er mindre tilbøjelige til at inducere rekombination af elektroner og huller, fordi de effektivt udvinder elektroner fra BaTaO ₂ N fotokatalysator.

Ved at understøtte en lille mængde Pt-co-katalysator ved hjælp af imprægnerings-reduktionsmetoden på forhånd, reduktionsreaktionen på fotokatalysatoren fremmes uden agglutination af fine Pt-partikler. Som resultat, Pt cokatalysator fine partikler understøttes jævnt af fotoaflejring på BaTaO ₂ N partikler. Den resulterende udvinding af elektricitet med Pt co-katalysator fine granula anses for at være forløbet effektivt.

Det blev også bekræftet, at brugen af ​​BaTaO ₂ N, som er syntetiseret ved hjælp af en passende flux og har en lav densitet af defekter, er også vigtig for at understøtte en stærkt dispergeret Pt-co-katalysator. Denne undersøgelse forbedrede aktiviteten af ​​BaTaO dramatisk ₂ N fotokatalysator og tydeliggjort dens mekanisme. Resultaterne af denne forskning forventes at føre til udviklingen af ​​langbølgelængde-responsive fotokatalysatorer, der driver vandnedbrydningsreaktionen med høj effektivitet.