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Les Scientifiques Introduisent le Trouble en Dioxyde de Titane Nanocrystals Pour Produire le Photocatalyst Efficace

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

Un peu de trouble va un long chemin, particulièrement quand il s'agit d'armer l'énergie du soleil.

Les Scientifiques du Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire National de Lawrence Berkeley (Laboratoire de Berkeley) ont brouillé la structure atomique de la couche extérieure de nanocrystals de dioxyde de titane, produisant un catalyseur qui est durable et plus efficace que tous autres matériaux en employant l'énergie du soleil pour extraire l'hydrogène de l'eau.

Leur photocatalyst, qui accélère des réactions chimiques lumière lumière, est le premier pour combiner la résistance et l'efficience record, lui effectuant un concurrent pour l'usage en plusieurs technologies d'énergie propre.

Il pourrait offrir une voie non polluée de produire l'hydrogène pour l'usage comme porteur d'énergie en cellules à combustible. Des cellules à Combustible ont été observées comme alternative aux moteurs à combustion dans des véhicules. L'hydrogène Moléculaire, cependant, existe naturellement sur Terre seulement dans des concentrations très faibles. Il doit être extrait des matières de base telles que le gaz naturel ou l'eau, un procédé grand consommateur d'énergie qui est l'un des barrages à la mise en place répandue de la technologie.

« Nous essayons de trouver de meilleurs moyens de produire de l'hydrogène de l'eau utilisant le soleil, » dit Samuel Mao, un scientifique dans la Division de Technologies Énergétiques Environnementale du Laboratoire de Berkeley qui a abouti la recherche. « Dans ce travail, nous avons introduit le trouble dans des nanocrystals de dioxyde de titane, qui améliore grand sa capacité et efficience d'absorption de la lumière en produisant l'hydrogène à partir de l'eau. »

Mao est l'auteur correspondant d'un papier sur cette recherche qui a été publiée en ligne Le 20 janvier 2011 en la Science Exprès avec le titre « Absorption Solaire Croissante pour Photocatalysis avec du Dioxyde de Titane Noir et Hydrogéné Nanocrystals. » Co-En Écrivant le papier avec Mao soyez des chercheurs de Laboratoire de Berkeley de camarade Xiaobo Chen, Lei Liu, et Peter Yu.

Mao et son organisme de recherche ont commencé par des nanocrystals du dioxyde de titane, qui est un matériau de semi-conducteur qui est employé comme photocatalyst pour accélérer des réactions chimiques, telles qu'armer l'énergie du soleil pour fournir les électrons qui coupent l'eau en oxygène et hydrogène. Bien Que les biens, dioxyde de titane ne soient pas un photocatlayst très efficace. Les Scientifiques ont travaillé pour augmenter son efficience en ajoutant des impuretés et en apportant d'autres modifications.

Les scientifiques de Laboratoire de Berkeley ont essayé un élan neuf. En plus d'ajouter des impuretés, ils ont conçu le trouble dans la structure de réseau normalement parfaite d'atome-par-atome de la couche extérieure de nanocrystals de dioxyde de titane. Ce trouble a été introduit par l'intermédiaire de l'hydrogénation.

Le résultat est le nanocrystal d'abord trouble-conçu. Une transformation était évidente : les nanocrystals habituellement blancs de dioxyde de titane ont tourné le noir, un signe que le trouble conçu a fourni l'absorption infrarouge.

Les scientifiques ont également conjecturé le trouble ont amplifié la performance du photocatalyst. Pour découvrir si leur sensation était correcte, ils ont immergé des nanocrystals trouble-conçus dans l'eau et les ont exposés à la lumière solaire simulée. Ils ont constaté que 24 pour cent de la lumière solaire absorbée par le photocatalyst ont été convertis en hydrogène, une cadence de fabrication qui est environ 100 fois plus grande que les rendements de la plupart des photocatalysts de semi-conducteur.

De plus, leur photocatalyst n'a affiché aucun signe de dégradation au cours d'une période de test de 22 jours, signification qu'il est potentiellement assez durable pour l'usage du monde réel.

Son efficience de point de repère refoule en grande partie de la capacité du photocatalyst d'absorber la lumière infrarouge, lui effectuant le premier photocatalyst de dioxyde de titane pour absorber la lumière dans cette longueur d'onde. Elle absorbe également visible et le rayonnement ultraviolet. En revanche, la plupart des photocatalysts de dioxyde de titane absorbe seulement le rayonnement ultraviolet, et ceux qui contiennent des défauts peuvent absorber la lumière visible. Le Rayonnement ultraviolet représente moins de dix pour cent d'énergie solaire.

« Plus d'énergie du soleil qui peut être absorbé par un photocatalyst, plus d'électrons peuvent être fournis à une réaction chimique, qui effectue à dioxyde de titane noir un matériau très attrayant, » dit Mao, qui est également un professeur de bureau d'études de complément à l'Université de Californie chez Berkeley.

Les découvertes expérimentales de intrigue de l'équipe ont été encore élucidées par les physiciens théoriques Peter Yu et Lei Liu, qui a exploré comment le mélange le grillage des atomes sur les nanocrystal extérieurs par l'intermédiaire de l'hydrogénation change ses propriétés électroniques. Leurs calculs ont indiqué que le trouble, sous forme de défauts de réseau et d'hydrogène, permet aux photons entrants pour exciter les électrons, qui branchent alors en travers d'un écartement où aucune condition d'électron ne peut exister. Une Fois en travers de cet écartement, les électrons sont libres pour activer la réaction chimique qui coupe l'eau en hydrogène et oxygène.

« En introduisant un genre particulier de trouble, le mi-vide des conditions qu'électroniques sont produites a accompagné d'un écartement de bande réduit, » dit Yu, qui est également un professeur à l'Université de Californie au Service de Physique de Berkeley. « Ceci permet à la partie infrarouge du spectre solaire pour être absorbé et contribue au photocatalysis. »

Source : http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 10:48

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