Find mere effektive katalysatorer til sollys-drevet brintproduktion

Brint er afgørende for olieraffineringsindustrien og produktion af essentielle kemikalier, f.eks. Ammoniak, der bruges i gødning. Da det er dyrt at producere brint, forskere har længe ledt efter alternativer, energieffektive metoder til at adskille brintatomer fra rigelige kilder som vand.

Nanometer-strukturer bestående af billige metal- og oxidkugler blev for nylig vist som en glimrende katalysator for en hydrogenproduktionsreaktion, der kun drives af sollys. Undersøgelsen blev afsluttet af Ming-Yong Han og hans kolleger fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, arbejder i samarbejde med et team af forskere fra Singapore og Frankrig.

Han og hans team blandede kugler af guld med en diameter på 50 nanometer i en titandioxid-forløber, således at der blev dannet en kugle af titandioxid på siden af ​​hver guld-nanopartikel. Strukturer med dette to-kugle arrangement er kendt som Janus partikler, opkaldt efter den tohovede gud fra romersk mytologi. Mens Janus -partiklerne blev suspenderet i en blanding af vand og isopropylalkohol, Han og kolleger skinnede synligt lys på dem og målte brintproduktion, som gik så hurtigt som 2 milliliter pr. minut.

Forskerne brugte derefter teoretiske modeller til at vise, at denne produktionshastighed var forårsaget af såkaldte plasmoniske effekter:det vil sige elektronerne på overfladen af ​​guld -nanopartiklen i krydset med titandioxid koblet til det indgående lys og dannede lysstof -hybridpartikler kaldet plasmonpolaritoner. Energien absorberet af disse partikler passerede derefter ind i den omgivende væske, og dette drev den hydrogenfrigivende kemiske reaktion.

"Vores arbejde giver indsigt i mekanismer, der vil være nyttige til den fremtidige udvikling af højtydende fotokatalysatorer, "siger Han. Faktisk, Han og hans kolleger var i stand til at forbedre effektiviteten af ​​brintproduktionen endnu mere:de øgede metal-oxid-grænsefladens areal ved at bruge større guldnanopartikler.

Janus -partiklerne var 100 gange mere effektive som katalysator til brintproduktion end nanopartikler af bare guld. I øvrigt, de var over halvanden gang bedre end en anden almindelig type plasmonisk nanopartikel, kerneskallpartikler, hvor oxidmaterialet danner en belægning omkring metal -nanopartiklen.

"Vi håber derefter at udvikle en bedre forståelse af de processer, der sker ved metal-titandioxid-grænsefladen ved hjælp af en kombination af eksperimentelle observationer og teoretiske simuleringer, "siger Han." Dette vil bringe os tættere på vores endelige mål om at bruge solbelysning som en rigelig kilde til vedvarende energi. "