В исследовании представлен новый способ наблюдения за работой фотокатализаторов в режиме реального времени.
Исследователи из США разработали метод, который позволил им наблюдать за преобразованием солнечного света в топливо в режиме реального времени, вплоть до наноразмерного масштаба.
Теперь группа исследователей из Йельского университета может наблюдать, как катализатор, работающий под действием света, расщепляет воду на водород и кислород, а также как электроны и дырки перемещаются в материале.
«Мы очень рады, потому что этот метод позволяет нам увидеть фотокатализатор «в действии» с необычным сочетанием реализма и разрешения», — сказал Шу Ху, профессор химической и экологической инженерии, возглавлявший исследование.
Новый способ наблюдать за работой фотокатализаторов в режиме реального времени.
Исследователи сообщили, что их работа представляет собой новый способ наблюдения за работой фотокатализаторов в режиме реального времени и в чрезвычайно малых масштабах, около 10 нанометров.
Это позволяет преодолеть ключевое ограничение в данной области и может помочь улучшить технологии, использующие солнечный свет для производства экологически чистого топлива и химических веществ. Работа выявляет точное разделение между двумя химическими реакциями — восстановлением и окислением. Согласно пресс-релизу, это открытие может проложить путь к разработке более совершенных материалов для солнечного топлива.
Исследовательская группа создала систему, которая одновременно проводит амперометрические и потенциометрические измерения. Амперометрические измерения определяют количество протекающих электронов. Потенциометрические измерения определяют напряжение, или силу, которая приводит электроны в движение. Для этого они создали «нанонаконечник» — очень хрупкий кварцевый наконечник наноразмера с платиновой проволокой нанометрового размера в центре.
Одной из сложностей их работы было обеспечение физического контакта нанонаконечника с поверхностью без ее повреждения и с сохранением очень точного позиционного контроля.
По словам Ху, одним из главных сюрпризов их работы стало то, что они смогли измерить электрический ток не только металлических поверхностей, но и напряжение полупроводниковых материалов в условиях освещения.
В работе представлен уникальный подход, основанный на использовании единой установки, сочетающей контактную амперометрическую/потенциометрическую фотосканирующую электрохимическую микроскопию для количественных измерений фотоэлектрохимических процессов в наноструктурированных фотокатализаторах с высоким разрешением.
Экономически эффективное производство энергии и химической продукции.
Исследователи показали, что фотокатализ с использованием солнечной энергии — преобразование солнечного света в энергию — открывает перспективы для устойчивого и экономически эффективного производства энергии и химических веществ. Однако развитию этой технологии препятствует недостаточное понимание того, как именно работает этот процесс.
Исследователи показали, что эта методология позволяет выявлять пространственные вариации фотокаталитической активности наноразмерных сокатализаторов, нанесенных на полупроводники, с пространственным разрешением порядка 10 нм.
«В системе Pt/Nb:TiO2 этот метод позволяет идентифицировать отдельные катодные и анодные участки, разделенные примерно на 150 нм, с локальными поверхностными потенциалами приблизительно −0,53 В и +0,58 В относительно Ag/AgCl соответственно», — заявили исследователи в своем исследовании.
«Дополнительные структурно-композиционные и спектроскопические анализы показывают сосуществование металлического Pt и окисленных Pt в условиях OWS, устанавливая асимметричную энергетику поверхности, соответствующую разнице в положении локального края зоны примерно в 1,5 эВ, и тем самым обеспечивая направленное разделение носителей заряда внутри Nb:TiO2», — добавили исследователи.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sourse: interestingengineering.com
