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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Wissenschaftler Stellen Störung im TitanDioxid Nanocrystals vor, um Effizienten Photocatalyst Herzustellen

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

Eine wenig Störung geht ein langer Weg, besonders wenn es um die Nutzbarmachung der Energie der Sonne geht.

Wissenschaftler von der US-Abteilung von Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie (Berkeley-Labor) brachten die Atomzelle der Deckschicht von Titandioxid nanocrystals durcheinander und stellten einen Katalysator her, der langlebig und effizienter als alle weiteren Materialien ist, wenn es die Energie der Sonne verwendet, um Wasserstoff vom Wasser zu extrahieren.

Ihr Photocatalyst, der lichtgetriebene chemische Reaktionen beschleunigt, ist der erste, zum der Haltbarkeit und der Rekord- Leistungsfähigkeit zu kombinieren und macht es einen Kämpfer für Gebrauch in einigen Sauberenergie Technologien.

Er könnte eine unverschmutzte Methode anbieten, Wasserstoff für Gebrauch als Energieträger in den Brennstoffzellen zu produzieren. Brennstoffzellen sind als Alternative zu den Verbrennungsmaschinen in den Fahrzeugen gemustert worden. Molekularer Wasserstoff existiert jedoch natürlich von der Erde nur in den sehr niedrigen Konzentrationen. Er muss von den Viehbeständen wie Erdgas oder Wasser, einem energie-intensiven Prozess extrahiert werden, der eine der Sperren zur weit verbreiteten Implementierung der Technologie ist.

„Wir versuchen, bessere Wege zu finden, Wasserstoff vom Wasser unter Verwendung des Sonnenscheins zu erzeugen,“ sagt Samuel Mao, ein Wissenschaftler in die Umweltenergie-Technologie-der Abteilung Berkeley-Labors, die die Forschung führte. „In dieser Arbeit, stellten wir Störung in Titandioxid nanocrystals vor, die erheblich seine Lichtabsorptionsfähigkeit und -leistungsfähigkeit verbessert, wenn es produziert Wasserstoff aus Wasser.“

Mao ist der entsprechende Autor eines Papiers auf dieser Forschung, die online Am 20. Januar 2011 in der Wissenschaft veröffentlicht wurde, die mit dem Namen „Zunehmende SolarAbsorption für Photocatalysis mit Schwarzem Ausdrücklich ist, Hydriertes TitanDioxid Nanocrystals.“ das Papier mit Mao Mit-Schreibend, seien Sie Gegenstück Berkeley-Laborforscher Xiaobo Chen, Leu Liu und Peter Yu.

Mao und seine Forschungsgruppe begannen mit nanocrystals des Titandioxids, das ein Halbleitermaterial ist, das als Photocatalyst verwendet wird, um chemische Reaktionen, wie Nutzbarmachung von Energie von der Sonne zu beschleunigen, um Elektronen anzugeben, die Wasser in Sauerstoff und in Wasserstoff aufspalten. Obgleich langlebiges Gut, Titandioxid kein sehr effizientes photocatlayst ist. Wissenschaftler haben gearbeitet, um seine Leistungsfähigkeit zu erhöhen, indem sie Verunreinigungen hinzufügten und andere Modifikationen machten.

Die Berkeley-Laborwissenschaftler versuchten ein neues Konzept. Zusätzlich zum Hinzufügen von Verunreinigungen, führten sie Störung in die gewöhnlich perfekte Atom-durchatom Gitterzelle der Deckschicht von Titandioxid nanocrystals aus. Diese Störung wurde über Hydrierung eingeführt.

Das Ergebnis ist das zuerst Störung-ausgeführte nanocrystal. Eine Transformation lag auf der Hand: die normalerweise weißen Titandioxid nanocrystals drehten Schwarzes, ein Zeichen, dass ausgeführte Störung Infrarotabsorption erbrachte.

Die Wissenschaftler vermuteten auch Störung aufluden die Leistung des Photocatalysts. Um herauszufinden wenn ihre Ahnung korrekt war, tauchten sie Störung-ausgeführte nanocrystals im Wasser unter und setzten sie simuliertem Sonnenlicht aus. Sie fanden, dass 24 Prozent des Sonnenlichts, das durch den Photocatalyst absorbiert wurde, in Wasserstoff konvertiert wurde, eine Produktionskinetik, die ungefähr 100mal größer ist, als die Erträge der meisten Halbleiter Photocatalysts.

Darüber hinaus zeigte ihr Photocatalyst keine Zeichen des Abbaus während eines 22 Tagesprüfungszeitraums, Bedeutung, die es möglicherweise genug für realistischen Gebrauch dauerhaft ist-.

Seine Markstein-Leistungsfähigkeit geht in großem Maße auf die Fähigkeit des Photocatalysts, die Infrarotleuchte zu absorbieren zurück und lässt es den ersten Titandioxid Photocatalyst Leuchte in dieser Wellenlänge absorbieren. Sie absorbiert auch sichtbares und UV-Licht. Demgegenüber absorbiert die meisten Titandioxid Photocatalysts nur UV-Licht, und die möglicherweise, die Defekte enthalten, absorbieren sichtbare Leuchte. UV-Licht erklärt weniger als zehn Prozent Solarenergie.

„Je mehr Energie von der Sonne, die durch einen Photocatalyst absorbiert werden kann, kann desto mehr Elektronen, an eine chemische Reaktion geliefert werden, die schwarzes Titandioxid ein sehr attraktives Material macht,“ sagt Mao, der auch ein Anhangtechnikprofessor im Universität Von Kalifornien, Berkeley ist.

Die intrigierenden experimentellen Ergebnisse des Teams wurden weiter durch theoretische Physiker Peter Yu und Leu Liu aufgeklärt, die erforschten, wie durcheinander bringen das Gitter von Atomen auf den nanocrystals, die über Hydrierung Oberflächen sind, seine elektronischen Eigenschaften ändert. Ihre Berechnungen deckten auf, dass Störung, in Form von Gitterfehlern und Wasserstoff, es möglich macht, damit ankommende Photonen Elektronen erregen, die dann über einen Abstand springen, in dem keine Elektronenzustände existieren können. Einmal über diesem Abstand, sind die Elektronen frei, die chemische Reaktion zu erregen, die Wasser in Wasserstoff und in Sauerstoff aufspaltet.

„Durch das Vorstellen einer spezifischen Art Störung, werden MittelGap-Elektronenzustände begleiteten von einem verringerten Bandabstand erstellt,“ sagt Yu, das auch ein Professor in University of California an Berkeleys Fachbereich Physik ist. „Dieses macht es möglich für das Infrarotteil des Sonnenspektrums absorbiert zu werden und trägt zum photocatalysis.“ bei

Quelle: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 10:50

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