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Gli Scienziati Introducono il Disordine in Biossido di Titanio Nanocrystals Per Creare il Photocatalyst Efficiente

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

Un poco disordine va un modo lungo, particolarmente quando si tratta dello sfruttare l'energia del sole.

Gli Scienziati dal Dipartimento Per L'Energia di Stati Uniti il Laboratorio Nazionale del Lawrence Berkeley (Laboratorio di Berkeley) hanno mischiato la struttura atomica dello strato superficiale dei nanocrystals del biossido di titanio, creante un catalizzatore che è sia duraturo che più efficiente di tutti i altri materiali nel usando l'energia del sole per estrarre l'idrogeno dall'acqua.

Il Loro photocatalyst, che accelera dalle le reazioni chimiche guidate da luminosa, è il primo per combinare la durevolezza ed il risparmio di temi da primato, rendentegi un concorrente per uso in parecchie tecnologie di energia pulita.

Potrebbe offrire un modo non inquinato produrre l'idrogeno per uso come fonte di energia in pile a combustibile. Le pile a combustibile eyed come alternativa ai motori a combustione in veicoli. L'idrogeno Molecolare, tuttavia, esiste naturalmente su Terra soltanto nelle concentrazioni molto basse. Deve essere estratto dai materiali di base quali gas naturale o l'acqua, un trattamento energia-intensivo che è una delle barriere all'implementazione diffusa della tecnologia.

“Stiamo provando a trovare i migliori modi generare l'idrogeno dall'acqua facendo uso del sole,„ dice Samuel Mao, uno scienziato nella Sezione Tecnica di Tecnologie Energetiche Ambientale del Laboratorio di Berkeley che piombo la ricerca. “In questo lavoro, abbiamo introdotto il disordine in nanocrystals del biossido di titanio, che notevolmente migliora la sui abilità e risparmio di temi di assorbimento della luce nella produzione dell'idrogeno dall'acqua.„

Mao è l'autore corrispondente di un documento su questa ricerca che è stata pubblicata il 20 gennaio 2011 online nella Scienza Precisa con il titolo “Assorbimento Solare Aumentante per la Fotocatalisi con Biossido di Titanio Nero e Idrogenato Nanocrystals.„ Co-Creando il documento con Mao sia ricercatori Xiaobo Chen, Lei Liu e Peter Yu del Laboratorio di Berkeley del collega.

Mao ed il suo gruppo di ricerca hanno cominciato con i nanocrystals di biossido di titanio, che è un materiale a semiconduttore che è usato come photocatalyst per accelerare le reazioni chimiche, come sfruttare l'energia proveniente dal sole per fornire gli elettroni che dividono l'acqua in ossigeno ed idrogeno. Sebbene il bene durevole, biossido di titanio non sia un photocatlayst molto efficiente. Gli Scienziati hanno lavorato per aumentare il suo risparmio di temi aggiungendo le impurità ed apportando altre modifiche.

Gli scienziati del Laboratorio di Berkeley hanno provato un nuovo approccio. Oltre ad aggiungere le impurità, hanno costruito il disordine nella struttura di grata ordinariamente perfetta dell'atomo-da-atomo dello strato superficiale dei nanocrystals del biossido di titanio. Questo disordine è stato introdotto via idrogenazione.

Il risultato è il nanocrystal in primo luogo disordine-costruito. Una trasformazione era ovvia: i nanocrystals solitamente bianchi del biossido di titanio hanno girato il nero, un segno che il disordine costruito ha reso l'assorbimento dell'infrarosso.

Gli scienziati egualmente hanno congetturato il disordine hanno amplificato la prestazione del photocatalyst. Per scoprire se la loro impressione fosse corretta, hanno immerso i nanocrystals disordine-costruiti in acqua e li hanno esposti a luce solare simulata. Hanno trovato che 24 per cento della luce solare assorbente dal photocatalyst sono stati convertiti in idrogeno, una tariffa di produzione che è circa 100 volte maggior dei rendimenti della maggior parte dei photocatalysts a semiconduttore.

Inoltre, il loro photocatalyst non ha mostrato alcuni segni di degradazione durante il periodo di prova dei 22 giorni, significato che è potenzialmente abbastanza durevole per uso nell'ambiente.

Il Suo risparmio di temi del punto di riferimento stacca in gran parte dalla capacità del photocatalyst di assorbire la luce infrarossa, rendentegli il primo photocatalyst del biossido di titanio per assorbire l'indicatore luminoso in questa lunghezza d'onda. Egualmente assorbe la luce ultravioletta visibile e. Al contrario, la maggior parte dei photocatalysts del biossido di titanio assorbe soltanto la luce ultravioletta e quelli che contengono i difetti possono assorbire l'indicatore luminoso visibile. La luce ultravioletta rappresenta meno di dieci per cento di energia solare.

“Più energia proveniente dal sole che può essere assorbito da un photocatalyst, più elettroni possono essere forniti ad una reazione chimica, che annerisce a biossido di titanio un materiale molto attraente,„ dice Mao, che è egualmente il professor di assistenza tecnica dell'aggiunta nell'Università di California a Berkeley.

I risultati sperimentali intriganti del gruppo più ulteriormente sono stati delucidati dai fisici teorici Peter Yu e Lei Liu, che ha esplorato come mischiare l'ingraticciatura degli atomi sui nanocrystal di superficie via idrogenazione cambia i sui beni elettronici. I Loro calcoli hanno rivelato che il disordine, sotto forma di difetti di grata e di idrogeno, permette affinchè i fotoni ricevuti eccitasse gli elettroni, che poi saltano attraverso una differenza dove nessuno stato dell'elettrone può esistere. Una Volta attraverso questa differenza, gli elettroni sono liberi di stimolare la reazione chimica che divide l'acqua in idrogeno ed ossigeno.

“Introducendo un genere specifico di disordine, la mezzo differenza che gli stati elettronici sono creati ha accompagnato da un intervallo di banda diminuito,„ dice Yu, che è egualmente il professor nell'Università di California al Dipartimento di Fisica di Berkeley. “Questo permette per la parte infrarossa dello spettro solare di essere assorbito e contribuisce alla fotocatalisi.„

Sorgente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 10:53

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