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Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Los Científicos Introducen Desorden en el Dióxido de Titanio Nanocrystals Para Crear Photocatalyst Eficiente

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

Un poco desorden va un camino largo, especialmente cuando se trata de aprovechar la energía del sol.

Los Científicos del Ministerio de los E.E.U.U. de Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía (Laboratorio de Berkeley) embarullaron la estructura atómica de la capa superficial de nanocrystals del dióxido de titanio, creando un catalizador que es duradero y más eficiente que el resto de los materiales al usar la energía del sol para extraer el hidrógeno del agua.

Su photocatalyst, que acelera reacciones químicas luz-impulsadas, es el primer para combinar la durabilidad y la eficiencia récord, haciéndole un competidor para el uso en varias tecnologías de energía limpia.

Podría ofrecer una manera no contaminante de producir el hidrógeno para el uso como portador de energía en pilas de combustible. Las pilas de Combustible se han observado como opción a los motores de combustión en vehículos. El hidrógeno Molecular, sin embargo, existe naturalmente en la Tierra solamente en concentraciones muy inferiores. Debe ser extraído de las materias de base tales como gas natural o agua, un proceso intensivo en energía que sea una de las barreras a la puesta en vigor dispersa de la tecnología.

“Estamos intentando encontrar mejores maneras de generar el hidrógeno del agua usando la sol,” dice a Samuel Mao, científico en la División Tecnológica Ambiental de la Energía del Laboratorio de Berkeley que llevó la investigación. “En este trabajo, introdujimos el desorden en nanocrystals del dióxido de titanio, que mejora grandemente su capacidad y eficiencia de la absorción de la luz en producir el hidrógeno del agua.”

Mao es el autor correspondiente de un documento sobre esta investigación que fue publicada el 20 de enero de 2011 en línea en la Ciencia Expresa con el título “Amortiguación Solar Cada Vez Mayor para Photocatalysis con el Dióxido de Titanio Negro, Hidrogenado Nanocrystals.” Co-Siendo autor del papel con Mao sea investigadores Xiaobo Chen, Leus Liu del Laboratorio de Berkeley de la persona, y Peter Yu.

Mao y su grupo de investigación comenzaron con nanocrystals del dióxido de titanio, que es un material del semiconductor que se utiliza como photocatalyst para acelerar reacciones químicas, tales como aprovechamiento de energía del sol para suministrar los electrones que parten el agua en el oxígeno y el hidrógeno. Aunque el artículo, dióxido de titanio no sea un photocatlayst muy eficiente. Los Científicos han trabajado para aumentar su eficiencia agregando impurezas y haciendo otras modificaciones.

Los científicos del Laboratorio de Berkeley intentaron una nueva aproximación. Además de agregar impurezas, dirigieron desorden en la estructura de cedazo ordinariamente perfecta del átomo-por-átomo de la capa superficial de nanocrystals del dióxido de titanio. Este desorden fue introducido vía la hidrogenación.

El resultado es el nanocrystal primero desorden-dirigido. Una transformación era obvia: los nanocrystals generalmente blancos del dióxido de titanio giraron el negro, un señal que el desorden dirigido rindió la amortiguación infrarroja.

Los científicos también conjeturaron desorden reforzaron el funcionamiento del photocatalyst. Para descubrir si su corazonada estaba correcta, sumergieron nanocrystals desorden-dirigidos en agua y los expusieron a la luz del sol simulada. Encontraron que el 24 por ciento de la luz del sol absorbente por el photocatalyst fue convertido en el hidrógeno, una tasa de producción que es cerca de 100 veces mayor que los rendimientos de la mayoría de los photocatalysts del semiconductor.

Además, su photocatalyst no mostró ninguna señales de la degradación durante un período de prueba de 22 días, significado que es potencialmente duradero bastante para el uso del mundo real.

Su eficiencia del punto de referencia en tierra proviene en gran parte de la capacidad del photocatalyst de absorber la luz infrarroja, haciéndole el primer photocatalyst del dióxido de titanio para absorber la luz en esta longitud de onda. También absorbe la luz visible y ultravioleta. En cambio, la mayoría de los photocatalysts del dióxido de titanio absorben solamente la luz ultravioleta, y ésos que contienen defectos pueden absorber la luz visible. La luz Ultravioleta explica el menos de diez por ciento de energía solar.

“Más energía del sol que se puede absorber por un photocatalyst, más electrones se pueden suministrar a una reacción química, que hace dióxido de titanio negro un material muy atractivo,” dicen a Mao, que es también profesor de la ingeniería del adjunto en la Universidad de California en Berkeley.

Las conclusión experimentales de intriga de las personas fueron aclaradas más a fondo por los físicos teóricos Peter Yu y los Leus Liu, que exploraron cómo el revoltijo la celosía de átomos en los nanocrystal superficiales vía la hidrogenación cambia sus propiedades electrónicas. Sus cálculos revelaron que el desorden, bajo la forma de defectos de cedazo e hidrógeno, permite para que los fotones entrantes exciten los electrones, que entonces saltan a través de una separación donde ningunos estados del electrón pueden existir. Una Vez a través de esta separación, los electrones están libres de energizar la reacción química que parte el agua en el hidrógeno y el oxígeno.

“Introduciendo una clase específica de desorden, el espacio medio que se crean los estados electrónicos acompañó por una separación de banda reducida,” dice a Yu, que es también profesor en la Universidad de California en el Departamento de la Física de Berkeley. “Esto permite para la parte infrarroja del espectro solar ser absorbido y contribuye al photocatalysis.”

Fuente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 11:06

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