Wady powierzchni podstawą opracowania wysokowydajnych fotokatalizatorów
Lepsze zrozumienie podstawowych procesów mechanizmów reakcji chemicznej jest kluczowe dla opracowania bardziej wydajnych fotokatalizatorów. Reakcje fotokatalityczne są najlepiej określane przez dopasowanie na poziomie elektronowym pomiędzy katalizatorem a reagentem. To dopasowanie na poziomie energii jest ściśle uzależnione od morfologii katalizatora i miejsca absorpcji reagenta, ale wiedza na ten temat jest wciąż niewielka z uwagi na fakt, że badanie takich procesów w skali molekularnej jest trudne. Niezwykłe właściwości optyczne i elektryczne monowarstw dichalkogenków metali przejściowych (TMDC) czynią z nich idealnych kandydatów do wykorzystania w fotokatalizie. Wady powierzchni w półprzewodnikach TMDC 2D mogą zmieniać transport ładunków lub wzbudzać ferromagnetyzm. Wady 1D takie jak granice i krawędzie ziaren mogą zmieniać właściwości elektroniczne i optyczne i wprowadzać funkcjonalność magnetyczną lub katalityczną. Realizując finansowany przez UE projekt PHOTOSTM (Investigating photo catalytic reactions at the molecular scale), naukowcy połączyli techniki mikroskopii wysokiej rozdzielczości i spektroskopii, aby lepiej zrozumieć elektronową strukturę cienkiego półprzewodnika — dwuselenku molibdenu (MoSe2). Zespół udowodnił istnienie izolowanych fal gęstości ładunku 1D na zwierciadlanych podwójnych granicach (MTB), które są nieodłączną cechą jednowarstwowego MoSe2. Pomiary mikroskopowe i spektroskopowe ujawniły szeroką przerwę energetyczną na poziomie energii Fermiego struktury. Naukowcy wskazali okresową modulację w gęstości stanów MTB powyżej i poniżej poziomu Fermiego zgodną z uporządkowaniem fali gęstości ładunku. Obliczenia teorii funkcjonału gęstości odtworzyły zarówno przerwę jak i modulacje gęstości stanów. Naukowcy realizujący projekt PHOTOSTM wskazali, że wady w monowarstwach TMDC mogą mieć znaczący wpływ na rozwój nowych materiałów fotoaktywnych i pomóc w nadawaniu im żądanych właściwości.
Słowa kluczowe
Wady powierzchni, fotokatalizatory, zielona chemia, PHOTOSTM, zwierciadlane podwójne granice
