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科学者たちは、効率的な光触媒を作成するために二酸化チタンのナノ結晶での障害を導入

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

小さな障害は、それが活用するために太陽のエネルギーが来る場合は特に、長い道のりを行く。

エネルギーのローレンスバークレー国立研究所(バークレー研究所)の米国エネルギー省の科学者からは抽出するために太陽のエネルギーを使って内のすべての他の材料よりも長持ちし、より効率的でもある触媒を作成し、二酸化チタンのナノ結晶の表面層の原子構造をごちゃ混ぜ水から水素。

光駆動型の化学反応を加速する彼らの光触媒は、そのいくつかのクリーンエネルギー技術の使用のための候補作り、耐久性と記録的な効率性を結合する最初のものです。

それは、燃料電池のエネルギー担体として使用するために水素を生成するために無公害な方法を提供することができます。燃料電池は、車両の内燃機関に代わるものとして目されている。水素分子は、しかしながら、非常に低い濃度で地球上に自然に存在する。それは、天然ガスや水、技術の広範な実施への障壁の一つであるエネルギー集約的なプロセスとして原料から抽出する必要があります。

"我々は、太陽の光を使って水から水素を生成するためにより良い方法を見つけようとしている、"サミュエル真央、研究を主導したバークレー研究所の環境エネルギー技術部門の科学者は言う。 "この作品では、我々は非常に水から水素を製造する際に、その光の吸収能力と効率を向上させる二酸化チタンのナノ結晶、に障害を導入しました。"

毛沢東のタイトルで科学Expressのオンライン2011年1月20日に発行されたこの研究に関する論文の対応する著者である"黒と光触媒用太陽光吸収を増加させる、二酸化チタンのナノ結晶を水素化。"毛沢東との共同オーサリング紙は、仲間のバークレー研究所の研究者暁波氏陳、レイ劉、およびピーターゆうです。

毛沢東と彼の研究グループは、水を酸素と水素に分解することが電子を供給するような太陽からの活用をエネルギーとして化学反応を、加速する光触媒として使用される半導体材料である二酸化チタンのナノ結晶から始まった。耐久性ですが、二酸化チタンは、非常に効率的photocatlaystではありません。科学者たちは、不純物を添加し、他の変更を加えることで、その効率を高めるために働いている。

バークレー研究所の科学者は、新しいアプローチを試してみました。不純物を添加することに加えて、彼らは、二酸化チタンのナノ結晶の表面層の通常完全な原子ごとの原子の格子構造に障害を設計した。この疾患は、水素化を介して導入されました。

結果は、ナノ結晶を第一障害に設計されています。一つの転換は明らかだった:通常白色の二酸化チタンのナノ結晶は黒になって、人工的に作り出した疾患は、赤外吸収をもたらしたという印。

また、障害を推測科学者たちは、光触媒の性能を後押しした。その予感が正しかったかどうかを確認するには、彼らは水の中で障害エンジニアリングナノ結晶を浸漬し、模擬太陽光にそれらを露出。彼らは、光触媒に吸収される太陽光の24%が水素、ほとんどの半導体光触媒の収量の約100倍大きい生産速度に変換されたことがわかった。

さらに、それらの光触媒は、それが実世界の使用のための十分な潜在的に耐久性のある意味、22日間のテスト期間中に劣化の兆候を示していない。

その画期的な効率は、主にそれは、この波長の光を吸収する最初の二酸化チタンの光触媒作り、赤外光を吸収する光触媒の能力に由来する。また、可視および紫外光を吸収する。対照的に、ほとんどの二酸化チタン光触媒は紫外線を吸収し、欠陥を含むものは、可視光を吸収することができる。太陽エネルギーの10%未満のための紫外線のアカウント。

"光触媒に吸収されることができる太陽からのより多くのエネルギーが、より多くの電子がブラック、二酸化チタンは非常に魅力的な材料になる化学反応に供給することができる、"また、大学の非常勤工学の教授である毛沢東氏は、カリフォルニア大学バークレー校。

チームの興味深い実験結果は、さらに理論物理学者ピーターYuと水素化の変更がその電子的特性を介してナノ結晶の表面上の原子の格子をjumbling方法探検レイ劉によって解明した。彼らの計算では、障害は、格子欠陥と水素の形で、その後は電子状態が存在しないことができるギャップを飛び越え励起電子を、に入ってくる光子のためにそれを可能にすることを明らかにした。一度このギャップを越え、電子は水を水素と酸素に分割する化学反応を活性化する自由です。

Last Update: 7. October 2011 08:01

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