Opis projektu
Nowe materiały półprzewodnikowe szansą na produkcję czystego wodoru
Przejście od paliw kopalnych do czystszej energii ze źródeł odnawialnych ma kluczowe znaczenie dla przyszłego bezpieczeństwa energetycznego i dobrobytu naszej planety. Rozszczepiające wodę komórki fotoelektrochemiczne przekształcają energię słoneczną w czyste paliwa wodorowe (H2). Wytwarzają one H2 bezpośrednio z wody, wykorzystując jedynie światło słoneczne. Proces rozszczepiania wody nie powoduje emisji gazów cieplarnianych. Kluczowym wyzwaniem jest opracowanie niezawodnych, wydajnych i opłacalnych półprzewodnikowych materiałów fotoelektrochemicznych. Współfinansowany ze środków UE projekt MFreePEC odpowiada na to wyzwanie za pomocą całkowicie nowej klasy materiałów półprzewodnikowych niezawierających metalu dla komórek fotoelektrochemicznych i metod ich osadzania. Zdolność kontrolowania właściwości i zwiększania aktywności elektrochemicznej materiałów fotoelektrochemicznych pomoże komórkom fotoelektrochemicznym zająć należne im miejsce w krajobrazie energetycznym.
Cel
One of the most promising future sources of alternative energy involves photoelectrochemical cells (PECs) that can convert sunlight and water directly to clean hydrogen fuel. Up to now, the PEC field has been dominated mostly by metal-based materials and despite the progress in this field, semiconductors that fulfil all the stringent requirements as PEC semiconductors do not exist today and novel materials are still much sought after. Thus, the development of suitable semiconductor materials will be a game changer, allowing PECs to fulfil their role in the energy-devices landscape.
The aim of this project is to introduce a new class of metal-free materials that are particularly suitable as semiconductors in PECs through the development of new strategies for the controlled synthesis and growth of metal-free materials on various substrates, ranging from carbon nitride to nitrogen-doped carbon and new carbon-nitrogen-phosphorus/boron/sulfur materials (referred as CNXs, X = P, B or S). Central to this goal is the understanding of the growth mechanism of CNX layers from the molecular level, which will in turn permit the rational design of synthesis and deposition methods. More specifically, we will (i) develop effective deposition pathways of CNXs on substrates with controlled properties, (ii) understand the factors that determine the CNX layer properties and, from this, (iii) control CNXs properties such as band gap, exciton lifetime, crystallinity, porosity, and electronic structure, with the aim of improving their photoelectrochemical activity through rational design of the synthetic parameters.
This highly interdisciplinary proposal combines materials science, photoelectrochemistry and supramolecular chemistry. It will open up new opportunities in these fields, in particular in the synthesis and deposition of metal-free materials, and it will significantly accelerate the integration of lightweight materials into energy–conversion and other devices.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
84105 Beer Sheva
Izrael