Nanonetter giver rust et boost som middel i vandspaltning, brinthøst

Belægning af et gitter af bittesmå ledninger kaldet Nanonets med jernoxid – mere almindeligt kendt som rust – skaber en økonomisk og effektiv platform for processen med vandspaltning, en ny videnskab om rent brændstof, der høster brint fra vand, Boston College-forskere rapporterer i online-udgaven af Journal of the American Chemical Society .

Adjunkt i kemi Dunwei Wang og hans laboratorium for ren energi var pionerer i udviklingen af ​​nanonetter i 2008 og har siden vist, at de er en levedygtig ny platform for en række energianvendelser i kraft af det øgede overfladeareal og forbedrede ledningsevne af nanoskalaen net lavet af titanium disilicid, en let tilgængelig halvleder.

Wang og hans team rapporterer, at belægningen af ​​nanonetterne med hæmatit, den rigelige mineralske form af jernoxid, viste, at mineralet kunne absorbere lys effektivt og uden den ekstra udgift til at forbedre materialet med en oxygen-udviklende katalysator.

Resultaterne stammer direkte fra introduktionen af ​​Nanonet-platformen, sagde Wang. Mens den er konstrueret af ledninger 1/400 af størrelsen af ​​et menneskehår, Nanonetter er stærkt ledende og har et betydeligt overfladeareal. De tjener to roller som en strukturel støtte og en effektiv ladningsopsamler, giver mulighed for maksimal foton-til-ladning konvertering, sagde Wang.

"Nyligere forskning har vist, at brugen af ​​en katalysator kan øge hæmatits ydeevne, " sagde Wang. "Det, vi har vist, er hæmatits potentielle ydeevne på dets grundlæggende niveau, uden katalysator. Ved at bruge denne unikke Nanonet-struktur, vi har kastet nyt lys over hæmatit's grundlæggende ydeevne i vandspaltning."

På egen hånd, hæmatit står over for naturlige grænser i sin evne til at transportere en ladning. En foton kan absorberes, men har intet sted at tage hen. Ved at give det struktur og øget ledningsevne, hæmatitens ladningstransportevne øges, sagde Wang. Vandspaltning, en kemisk reaktion, der adskiller vand til oxygen og brintgas, kan initieres ved at lede en elektrisk strøm gennem vand. Men den proces er dyr, så gevinster i effektivitet og ledningsevne er nødvendige for at gøre storskala vandopdeling til en økonomisk levedygtig kilde til ren energi, sagde Wang.

"Resultatet fremhæver vigtigheden af ​​ladningstransport i halvlederbaseret
vandspaltning, især for materialer, hvis ydeevne er begrænset af dårlig ladningsdiffusion, " rapporterer forskerne i tidsskriftet. "Vores design introducerer materialekomponenter for at give en dedikeret ladningstransportvej, lindrer afhængigheden af ​​materialernes iboende egenskaber, og har derfor potentialet til i høj grad at udvide, hvor og hvordan forskellige eksisterende materialer kan bruges i energirelaterede applikationer."