• Пн. Июн 14th, 2021

Устройство для искусственного фотосинтеза становится лучше с использованием

Устройство для искусственного фотосинтеза становится лучше с использованием

Устройство для искусственного фотосинтеза становится лучше с использованием.

Устройство для искусственного фотосинтеза становится лучше с использованием

Исследователи обнаружили, почему устройство для разделения воды, сделанное из дешевых и доступных материалов, неожиданно становится более эффективным во время использования..

Это открытие может помочь сделать искусственный фотосинтез жизнеспособным методом производства водородного топлива..

«Наше открытие действительно меняет правила игры. Такой стабильности я еще не видел. «

Новое понимание этого механизма может существенно ускорить коммерциализацию технологий, которые преобразуют свет и воду в безуглеродное водородное топливо, говорят исследователи..

«Мы обнаружили необычное свойство материала, которое позволяет ему стать более эффективным и стабильным», — говорит Франческа Тома, штатный научный сотрудник и старший автор статьи, член отдела химических наук Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Материал природы. «Наше открытие действительно меняет правила игры. Такой стабильности я еще не видел. «

Его группа изучала искусственное фотосинтетическое устройство, изобретенное Зетиан Ми, профессором электротехники и компьютерной инженерии в Мичиганском университете. Устройство включает в себя джунгли нановирусов нитрида галлия — недорогого полупроводника, широко используемого в повседневной электронике. Три года назад Mi продемонстрировал, что он удвоил эффективность и стабильность предыдущих методов, используемых для получения водорода непосредственно из пресной или морской воды и света..

«Уникальная платформа, которую мы разработали за последнее десятилетие, не только способствует производству солнечного водорода, но также очень эффективно используется для преобразования углекислого газа в химические вещества и топливо, такие как метан, метанол, муравьиная кислота и синтез-газ. «Сделано», — говорит М. И., «Что меня больше всего впечатляет, однако, это их последовательность во многих исследованиях, проведенных нами и нашими коллегами».

Чтобы узнать, как такие простые материалы достигли таких превосходных результатов, Ми обратился к Томе за его опытом в исследовании наноразмерных свойств синтетических фотосинтетических материалов с помощью современной микроскопии. Томе и ведущий автор Госун Цзэн, научный сотрудник отдела химических наук лаборатории Беркли, подозревали, что нитрид галлия может играть определенную роль..

Цзэн проверил, насколько эффективно устройство поглощает фотоны света, превращает их в электроны, а затем расщепляет воду на водород и кислород, используя эти свободные электроны. Обычно эффективность оборудования для искусственного фотосинтеза снижается только через несколько часов, когда материал начинает разрушаться. Но, к изумлению команды, материал начал производить больше свободных электронов и даже лучше использовал их для расщепления воды, что повысило эффективность..

«Другими словами, вместо того, чтобы ухудшаться, материал стал лучше», — говорит Цзэн..

Чтобы собрать больше улик, группа Томы использовала сканирующую электронную микроскопию и метод, называемый угловой рентгеновской фотонной спектроскопией, для обнаружения материала. Это показало, что верхний нанометр нитрида галлия поглощает некоторое количество кислорода, создавая больше мест для производства водорода на поверхности материала, объясняет Тома. Этот материал называется оксинитрид галлия..

Компьютерное моделирование, проведенное Коаторсом Тадаши Огицу и Туан Ань Фамом из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, подтвердило их наблюдения..

«Рассчитав изменение распределения химических веществ в определенных частях поверхности материала, мы успешно обнаружили структуру поверхности, которая связана с развитием оксинитрида галлия в качестве активного центра», — говорит Огитсу..

Ми говорит: «Сотрудничество помогло определить основные механизмы того, почему этот контент более надежен и эффективен, чем оскорбительный. Результаты этой работы помогут нам разработать более эффективное оборудование для искусственного фотосинтеза с меньшими затратами. «

Забегая вперед, Тома говорит, что он и его команда хотят испытать кремний и нитрид галлия в полностью интегрированном фотоэлектронном элементе с разделением воды. Цзэн будет экспериментировать с подобными материалами, чтобы лучше понять, как нитрид способствует стабильности искусственных фотосинтетических устройств..

Дополнительные соавторы из лаборатории Беркли и Мичиганского университета..

Поддержку этой работе оказал Консорциум по водородным передовым материалам для расщепления воды, созданный как часть Сети энергетических материалов при Департаменте энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики. Тома и Огицу оба являются членами Hydrogen. Характеристика материалов была проведена в Национальном центре электронной микроскопии в Molecular Foundry лаборатории Беркли для облегчения работы Управления научных пользователей Министерства энергетики в лаборатории Беркли..

Источник: университет Мичигана