Łatwiejsze rozszczepienie wody
Schemat Z jest procesem zachodzącym podczas fotosyntezy, polegającym na rozszczepieniu wody na wodór i tlen za pomocą światła. Schemat Z składa się z dwóch fotosystemów nazywanych skrótowo PSI i PSII. Elektrony wyodrębnione z wody w PSII przenoszone są do najwyższego poziomu molekularnego PSI. Podczas gdy fotogenerowane elektrony w fotosystemie PSI biorą udział w redukcji protonów w celu wytwarzania wodoru, otwory w PSII umożliwiają oksydację cząsteczki wody, wytwarzając tlen. Celem finansowanego przez UE projektu HETMAT (Heterostructure nanomaterials for water splitting) była synteza nanomateriałów do rozszczepienia wody za pomocą ulepszonego, racjonalnego procesu projektowania. Naukowcy zaprojektowali system naśladujący wydajny proces rozszczepienia wody zachodzący podczas fotosyntezy w roślinach zielonych. Naukowcy z HETMAT opracowali proces podobny do tak zwanego schematu Z w celu znacznie wydajniejszej produkcji wodoru. Aby móc zaprojektować nowe nanomateriały, badacze dokonali kilku zmian w obecnym schemacie Z. Aby spełnić wysokie wymagania techniczne, naukowcy stworzyli połączenie między dwoma różnymi nanomateriałami, a następnie dokonali syntezy, otrzymując pojedynczy materiał. Następnie dokonano dalszej modyfikacji schematu Z poprzez selektywne nanoszenie nanocząsteczek metalu na materiały półprzewodnikowe. W ramach projektu HETMAT badano różne materiały półprzewodnikowe. Niektóre z nich stosowano w postaci nanostruktur cienkowarstwowych, podczas gdy inne stosowano w formie nanocząstek. Naukowcy badali materiały, takie jak tlenek cynku (ZnO), ZnO z dodatkiem srebra, trójtlenek wolframu, tlenek żelaza, tlenek miedzi (CuO) i inne. Najważniejszym elementem badania było zastosowanie unikalnej metody wytwarzania cienkich folii z halogenków miedzi i ich przekształcania na cienkie folie z CuO. W ramach projektu HETMAT po raz pierwszy zastosowano technikę elektroforetycznego nakładania cienkich folii z chlorku miedzi i uzupełniono literaturę branżową o brakujące szczegóły. Oprócz opracowania wydajnej fotokatalizy, wykorzystując znane półprzewodniki, naukowcy odkryli nowy półprzewodnik na bazie wanadanu tellurku ołowiu. Nowy materiał można wykorzystać w wielu dziedzinach, między innymi do domieszkowania kationami lub anionami. Niska temperatura syntezy może być zaletą w przypadku zastosowań przemysłowych, gdzie wymagane są niskie temperatury obróbki. Te wyniki przyczynią się do zwiększenia aktywności fotokatalitycznej nanomateriałów w celu rozszczepienia wody i uzyskania wydajności kwantowej powyżej 6,3% przy 420 nm. Prace te zostaną skomercjalizowane za pośrednictwem szablonowych systemów połączonych z mokrymi metodami syntezy, które pozwolą na łatwiejsze przygotowanie nanomateriałów.
Słowa kluczowe
Rozszczepienie wody, nanomateriały, schemat Z, HETMAT, materiały półprzewodnikowe, nanostruktury cienkowarstwowe
