Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

De Wetenschappers Introduceren Wanorde in het Dioxyde Nanocrystals van het Titanium om Efficiënte Photocatalyst Te Creëren

Published on January 31, 2011 at 12:56 AM

WAT wanorde gaat een lange manier, vooral wanneer het over het uitrusten van de energie van de zon komt.

De Wetenschappers van het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley van het Ministerie van de V.S. van Energie (het Laboratorium van Berkeley) gooiden de atoomstructuur van de oppervlaktelaag die dooreen nanocrystals van het titaniumdioxyde, tot een katalysator leiden die zowel langdurig als efficiënter is dan alle andere materialen in het gebruiken van de energie van de zon om waterstof uit water te halen.

Hun photocatalyst, die licht-gedreven chemische reacties versnelt, is de eerste om duurzaamheid en verslag-brekende efficiency te combineren, die tot het maken een mededinger voor gebruik in verscheidene schoon-energietechnologieën.

Het kon een pollution-free manier aanbieden om waterstof voor gebruik als energiecarrier in brandstofcellen te produceren. De cellen van de Brandstof zijn eyed als alternatief aan verbrandingsmotoren in voertuigen geweest. Moleculaire waterstof, echter, er bestaat natuurlijk ter wereld Slechts in zeer lage concentraties. Het moet uit grondstof zoals aardgas of water, een energie-intensief proces worden gehaald dat één van de barrières aan de wijdverspreide implementatie van de technologie is.

„Wij proberen om betere manieren te vinden om waterstof van water te produceren gebruikend zonneschijn,“ zegt Samuel Mao, een wetenschapper in van het Laboratorium van Berkeley de MilieuAfdeling Op Energiegebied van Technologieën die het onderzoek leidde. „In dit werk, introduceerden wij wanorde in nanocrystals van het titaniumdioxyde, die zeer zijn lichtabsorptiecapaciteit en efficiency in het produceren van waterstof van water.“ verbetert

Mao is de overeenkomstige auteur van een document bij het dit onderzoek dat online 20 Januari werd gepubliceerd, 2011 in Wetenschap Uitdrukkelijk met de titel „Stijgende ZonneAbsorptie voor Photocatalysis met het Zwarte, Gehydrogeneerde Dioxyde Nanocrystals van het Titanium.“ De co-Creatie het document met Mao is de medeonderzoekers van het Laboratorium van Berkeley Xiaobo Chen, Lei Liu, en Peter Yu.

Mao en zijn onderzoeksteam begonnen met nanocrystals van titaniumdioxyde, dat een halfgeleidermateriaal is dat als photocatalyst wordt gebruikt om chemische reacties te versnellen, zoals het uitrusten van energie van de zon aan leveringselektronen die water in zuurstof en waterstof verdelen. Hoewel is het duurzame, titaniumdioxyde geen zeer efficiënte photocatlayst. De Wetenschappers hebben gewerkt om zijn efficiency te verhogen door onzuiverheden toe te voegen en andere wijzigingen te maken.

De wetenschappers van het Laboratorium van Berkeley probeerden een nieuwe benadering. Naast het toevoegen van onzuiverheden, bouwden zij wanorde in de doorgaans perfecte atoom-door-atoom roosterstructuur van de oppervlaktelaag nanocrystals van het titaniumdioxyde. Deze wanorde werd geïntroduceerd via hydrogenering.

Het resultaat is eerste wanorde-gebouwde nanocrystal. Één transformatie was duidelijk: gewoonlijk witte nanocrystals van het titaniumdioxyde werden zwart, een teken dat wanorde opgebrachte infrarode absorptie bouwde.

De wetenschappers vermoedden ook de wanorde de prestaties van photocatalyst opvoerde. Om te weten te komen als hun voorgevoel correct was, dompelden zij wanorde-gebouwde nanocrystals in water onder en stelden hen aan gesimuleerd zonlicht bloot. Zij vonden dat 24 die percent van het zonlicht door photocatalyst wordt geabsorbeerd in waterstof, een productietarief werd omgezet dat ongeveer 100 keer groter is dan de opbrengsten van de meeste halfgeleider photocatalysts.

Bovendien toonde hun photocatalyst geen tekens van degradatie tijdens een 22 dag testende periode, betekenend is het duurzaam potentieel genoeg voor real-world gebruik.

Zijn oriëntatiepuntefficiency stamt grotendeels uit de capaciteit van photocatalyst om infrarood licht te absorberen, die tot het maken het eerste titaniumdioxyde photocatalyst om licht in deze golflengte te absorberen. Het absorbeert ook zichtbaar en ultraviolet licht. In tegenstelling, absorbeert het meeste titaniumdioxyde photocatalysts slechts ultraviolet licht, en die die tekorten bevatten kunnen zichtbaar licht absorberen. Het Ultraviolette licht geeft van minder dan tien percent van zonne-energie rekenschap.

De „meer energie van de zon die door een photocatalyst kan worden geabsorbeerd, de meer elektronen kan aan een chemische reactie worden geleverd, die tot zwart titaniumdioxyde een zeer aantrekkelijk materiaal maakt,“ zegt Mao, die ook een professor van de toevoegseltechniek op de Universiteit van Californië in Berkeley is.

De intrigerende experimentele bevindingen van het team werden verder nader toegelicht door theoretische fysici Peter Yu en Lei Liu, die onderzochten hoe het dooreengooien van het traliewerk van atomen op de nanocrystal oppervlakte via hydrogenering zijn elektronische eigenschappen verandert. Hun berekeningen openbaarden dat de wanorde, in de vorm van roostertekorten en waterstof, het voor inkomende fotonen mogelijk maakt om elektronen op te wekken, die dan over een hiaat springen waar geen elektronenstaten kunnen bestaan. Eens over dit hiaat, zijn de elektronen vrij om de chemische reactie te activeren die water in waterstof en zuurstof verdeelt.

„Door een specifiek soort wanorde, mid-gap elektronische staten te introduceren worden gecreeerd begeleid door een gedichte bandkloof,“ zegt Yu, die ook een professor op de Universiteit van Californië bij de Afdeling van de Fysica van Berkeley is. „Dit maakt het voor het infrarode deel van het zonnespectrum mogelijk om tot photocatalysis worden geabsorbeerd en bij te dragen.“

Bron: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 10:46

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit