Descrizione del progetto
I meccanismi all’interfaccia ossido di metallo di transizione-acqua per la produzione di idrogeno
L’impiego della luce solare per scindere l’acqua in idrogeno (H2) e ossigeno e ottenere carburante a idrogeno è destinato a svolgere un ruolo importante nella transizione all’energia pulita. Gli ossidi di metalli di transizione sono catalizzatori promettenti per accelerare la velocità di questa reazione; tuttavia, gli elettroni e le lacune in essi presenti tendono a ricombinarsi. Per attenuare questo problema è necessario conoscere in modo migliore i meccanismi sottostanti all’interfaccia semiconduttore-acqua di questi ossidi di metalli di transizione. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto WATER-X si propone di utilizzare la spettroscopia di fotoelettroni risolta nel tempo e basata sul laser a femtosecondi con una configurazione a microgetto liquido per caratterizzare le proprietà degli intermedi molecolari precoci a vita breve, permettendo di spianare la strada a una maggiore efficienza nel processo di conversione della luce in energia.
Obiettivo
Photocatalytic water splitting using transition metal oxides (TMOs) has the potential to play a key role in the sustainable large-scale production of hydrogen. Due to their activity, cost-effectiveness, and stability TMOs are viewed as attractive materials to catalyze water splitting by harnessing solar energy. A major challenge is effectively preventing the recombination of electrons and holes in the TMOs produced upon (solar) light absorption. While these charge recombination processes occur on the pico-to-nanosecond timescale, the whole water splitting process is almost 12 orders of magnitude slower! This huge difference urgently demands a better understanding of the underlying mechanisms and charge-driven chemical reactions involving electron transfer (reduction reaction) or hole transfer (oxidation reaction) that take place at the TMO semiconductor–liquid interface. In my WATER-X project I will investigate these sub-10-picoseconds processes at the interface of TMO nanoparticles in bulk water by using time-resolved femtosecond laser photoelectron spectroscopy by applying liquid microjet setup. The objective is to measure the early-time molecular intermediates and their associated electronic-structures, their lifetimes, energetics, photoelectron angular distributions, and decay mechanisms of the short-lived molecular intermediates. With this knowledge we can determine the exact mechanisms of light-induced water dissociation and will pave the way to manipulating light-induced interactions to the solid-aqueous interface for improving the efficiency of light-to-energy conversion. These novel experiments will be performed for four nanoparticle photocatalysts, hematite, titanium dioxide, cerium oxide, and nickel-iron-oxyhydroxide with manifold electronic-structure properties (bandgap, charge carrier dynamics, and energetics), which make them attractive for future applications.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP.
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Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsIstituzione ospitante
14109 Berlin
Germania