Новости    Библиотека    Таблица эл-тов    Биографии    Карта сайтов    Ссылки    О сайте


11.02.2013

Предложен новый подход к созданию катализатора расщепления воды

Если бы удалось открыть недорогой и эффективный процесс расщепления воды на кислород и водород, мировой океан в одночасье превратился бы в неисчерпаемый ресурс возобновляемой энергии. Подобный процесс требует катализатора, способного использовать энергию солнечного света при проведении окислительно-восстановительной реакции. Следовательно, экономическая эффективность всего превращения определяется стоимостью, стабильностью и эффективностью такого катализатора.

Учёные из Даляньского института химической физики (Китай) обнаружили, что поликристаллический материал, состоящий из структурно различных наноразмерных доменов оксида галлия (Ga2O3), способен на эффективный катализ реакции расщепления воды под действием солнечного света. Результаты исследования, опубликованные в журнале Angewandte Chemie, показали, что ключевую роль при расщеплении играет интерфейс между полиморфными кристаллическими фазами. Авторы полагают, что их исследование должно привести к созданию более действенных фотокатализаторов, чем любые из доступных на сегодня альтернатив.

Интерфейс между наноразмерными доменами - и -модификаций оксида галлия (коричневый и синий соответственно) обеспечивает необходимый уровень разделения зарядов для проведения эффективного расщепления воды (Микрофото Wiley-VCH)
Интерфейс между наноразмерными доменами α- и β-модификаций оксида галлия (коричневый и синий соответственно) обеспечивает необходимый уровень разделения зарядов для проведения эффективного расщепления воды (Микрофото Wiley-VCH)

Фотокатализатор расщепляет воду, направляя энергию абсорбированного света — обычно солнечного — на разрыв химических связей. Сердце всего процесса — акт поглощения света, при котором генерируется экситон — пара противоположно заряженных носителей заряда (электронная вакансия). А ключом к эффективному использованию энергии солнечного света является способность катализатора обеспечить эффективное разделение этой пары, поскольку протекающая довольно быстро рекомбинация пары электрон—дырка приводит к потере (рассеянию) поглощённой энергии ещё до разрыва химических связей.

Обычная стратегия достижения состояния максимального разделения зарядов в полупроводниках заключается в селективном допировании материала для сближения положительно (р-тип) и отрицательно (n-тип) заряженных зон. Кроме того, нанесением бок о бок плёнок двух типов полупроводников создаются специальные типы интерфейса, известные как p-n переходы.

Рассматриваемая работа показала, что есть гораздо более простой путь. Вместо того чтобы тратить усилия и подбирать самые подходящие пары полупроводников для создания p-n-переходов, китайцы предлагают использовать естественные интерфейсы между структурно различными доменами Ga2O3, способного кристаллизоваться в пяти модификациях.

Учёные продемонстрировали, что для создания необходимого распределения наноразмерных доменов α- и β-фаз Ga2O3 может использоваться простая температурная обработка. В результате удалось показать, что смесь фаз, полученная нагреванием исходного материала до 600 °C, приводит к получению фотокатализатора, который в семь и более раз активнее в реакции расщепления воды, чем любой из компонентов смеси в отдельности.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.

Роман Иванов


Источники:

  1. КОМПЬЮЛЕНТА










© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'Библиотека по химии'

Рейтинг@Mail.ru