Avancerede multifunktionelle kulstofprikker i fotoelektrokemi-baseret energiomdannelse

Forskergruppen ledet af professor Zhenhui Kang fra Soochow University introducerede syntesen, strukturelle egenskaber og fotoelektriske kemiske egenskaber af carbondots (CD'er) og deres anvendelser i fotokatalytisk konvertering. Derudover diskuteres en ny teknik til fotokatalytisk proceskarakterisering, transient foto-induceret spænding/strøm (TPC/TPV), i CD'ers katalytiske system.

De unikke fordele og store potentiale ved cd'er i ren energiomdannelse og lagring kan ikke ignoreres. Derudover har fotoelektrokatalyse en meget kompleks grænsefladeproces, så det er meget vanskeligt at studere mekanismen dybt. De eksisterende karakteriseringsteknologier er nemme at opnå steady-state information i fotoelektrokatalyseprocessen, men det er svært at afspejle ændringen under reaktionsprocessen.

Derfor er prof. Kangs artikel, offentliggjort i International Journal of Extreme Manufacturing , introducerede en ny metode til in-situ analyse og kinetisk karakterisering, med CD'er som en fremragende model. TPV-teknologi blev brugt til at indsamle og analysere den dynamiske proces, der påvirkes af CD'er i fotoelektrokatalytisk proces. Som nye ikke-kontaktdetektionsteknologier er transient foto-induceret spænding/strøm (TPV/TPC) blevet udviklet til at detektere og studere ladningsoverførselskinetikken, som følsomt kan afspejle den komplekse elektronseparation og overførselsadfærd i foto-/elektrokatalysatorer .

Ved at kombinere den roterende elektrodeteknikken med den transiente fotospændingsrespons etableres en metodemodel for den dynamiske proces med fotoelektron retningsbestemt ekstraktion og fotokatalytisk forcering in situ. Den grundlæggende idé involveret i metoden er baseret på den retningsbestemte ladningsbevægelse som reaktion på fotospænding. Tager man vandnedbrydningsreaktionen som et eksempel, kan antallet af overførte elektroner i den fotokatalytiske halvreaktion opnås in situ ved transiente lysinducerede strømændringer i skiven/ringelektroden.

Data indsamlet med en tidsmæssig opløsning på 50 ns ved at skinne en 4 ns pulseret laser på prøven kan give detaljerede oplysninger om ladningsoverførsel, lagring, rekombinationsprocesser og fotoladningsbaserede katalytiske reaktioner. Hele repræsentationen dækker reaktionstider fra mikrosekunder til sekunder. Ved at sammenligne parametre såsom maksimal intensitet, kurveform, maksimal intensitetstid, integreret areal og henfaldskonstant, kan kinetikken for grænsefladeelektrontransport og reaktionskinetikken for in situ katalytiske processer opnås direkte eller indirekte. Disse fotoelektriske responsdata kan hjælpe os med at bestemme det katalytiske aktive sted, det katalytiske center og reaktantkarakteristika og kan endda bruges til at opdage nye egenskaber ved katalytiske materialer ud over forventningerne.

Professor Kang sagde:"CD'er repræsenterer måske ikke de mest effektive katalysatorer, men de bringer en revolutionerende forståelse af katalytisk mekanisme og katalysatordesignprincip. TPV-teknologien repræsenterer måske ikke de mest avancerede og universelle teknikker, men den bringer en ny og specifik information om elektronoverførselskinetik til katalytisk mekanisme og katalysatordesign." + Udforsk yderligere

Forskere fanger elektronoverførselsbilleder i elektrokatalyseprocessen