Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Słońce przemieni wodę w paliwo

Naukowcy z finansowanego przez UE projektu opracowali nowe materiały hybrydowe na bazie półprzewodników nieorganicznych i nanowęglowych do zastosowań w fotokatalizie. Kontrolowane składanie elementów budulcowych w skali nano i inżynieria powierzchni styku zaowocowała poprawą transferu ładunku, a tym samym zwiększeniem wydajności fotokatalizy.
Słońce przemieni wodę w paliwo
Przyroda często jest inspiracją dla naukowców. Prowadzone są liczne badania nad wykorzystaniem światła słonecznego w urządzeniu do sztucznej fotosyntezy, aby uzyskać wodór cząsteczkowy (H2) do użytku np. w ogniwach paliwowych. Systemy do fotokatalizy rozbijają cząsteczki wody na H2 i tlen. W tym celu wymagane są innowacyjne materiały o większej wydajności i stabilności przy niższych kosztach.

Naukowcy badali hybrydowe nanomateriały z węgla o nanostrukturze i półprzewodniki nieorganiczne w ramach wspieranego przez UE projektu CARINHYPH (Bottom-up fabrication of nano carbon-inorganic hybrid materials for photocatalytic hydrogen production). Zespół korzystał z nanorurek węglowych wysokiej jakości i grafenu, które funkcjonalizowano a następnie wbudowywano w związek nieorganiczny poprzez wzrost in situ w różnych architekturach: na membranach i włóknach powlekanych związkiem nieorganicznym, gyroidalnych strukturach hybrydowych o porach średniej wielkości i strukturach obracanych elektrycznie.

Materiały nanowęglowe, np. nanorurki węglowe i grafen, wykazują znakomite właściwości jako nośniki ładunku, mają duże pole powierzchni i dobre przewodnictwo elektryczne. Zwiększają możliwości absorpcji światła na hybrydach, zwiększając przez to ilość energii słonecznej do reakcji fotokatalizy. Ponadto okres istnienia par elektron-dziura jest dłuższy w hybrydach w porównaniu z czystymi materiałami nieorganicznymi, co zwiększa uzysk fotokatalizy.

Głównym aspektem projektu było podkreślenie istotności inżynierii powierzchni styku jako mechanizmu kontrolowania transferu ładunku między hybrydami, a tym samym wydłużenia okresu istnienia ładunku i wydajności fotokatalizy. Dokonano postępów w optymalizacji szlaków syntezy, aby osiągnąć powyższy cel. Przełomowe techniki spektroskopowe dostarczyły unikalnej wiedzy o właściwościach elektronicznych połączenia materiału nanowęglowego i półprzewodnika nieorganicznego, umożliwiając odpowiednie dostosowanie szlaków syntezy.

Aby sprawdzić wydajność fotokatalizy w hybrydach, naukowcy wdrożyli je do struktur makroskopowych. Wyniki wskazują rekordowo wysoki uzysk H2 pod wpływem promieniowania ultrafioletowego w gyroidalnych strukturach Ta2O5 o porach średniej wielkości z jednoczesną katalizą platyną lub bez. Materiały nanowęglowe zwiększały aktywność fotokatalityczną po dodaniu nawet niewielkich ilości.

W najbliższym czasie uczestnicy projektu CARINHYPH przyczynią się do opracowania i syntezy nowych hybryd nanostrukturalnych o zwiększonej wydajności katalitycznej do zastosowań zrównoważonych źródłach energii. Będą to urządzenia do hydrolizy i oczyszczania wody oraz urządzenia fotoelektrochemiczne i fotowoltaiczne. Długoterminowo te systemy na bazie hybryd nanostrukturalnych przyczynią się do rozwiązania problemów energetycznych w UE.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Grafen, nanorurki węglowe, fotokataliza, wodór, CARINHYPH, materiały hybrydowe
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę