Наноструктуры-чемпионы улучшат ячейки для расщепления молекул воды
 Анализ транспорта заряда через единичную наноструктура на поверхности оксида железа. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Процесс расщепления воды при помощи солнечного света, в рамках которого вода разделяется на водород и кислород, может в будущем стать наиболее чистым способом производства энергии из возобновляемого источника. Не удивительно, что исследователи по всему миру заняты поиском эффективных материалов для производства фотоэлектродов, которые можно было бы использовать в этом процессе.
Одним из материалов, лучшим образом подходящих для производства фотоэлектродов, является гематит или оксид железа (ржавчина). С одной стороны, железо – дешевый ресурс, доступный в больших количествах. С другой, гематит отличается высокой эффективностью преобразования энергии (до 14 – 17%). Тем не менее, до сих пор до конца было не яcно, как дефекты в этом материале влияют на его способность преобразовывать солнечную энергию в водородное топливо, а также, почему некоторые фотоэлектроды из гематита оказываются более эффективными.
В попытках ответить на эти вопросы совместная группа ученых из École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Швейцария) и Israel Institute of Technology (Израиль) решила узнать, как влияют на процесс преобразования отдельные наноструктуры гематита. Хотя известно, что на сантиметровом фотоэлектроде могут присутствовать миллионы подобных наноструктур, до сих пор их влияние оценивалось в комплексе (пренебрегая свойствами отдельных наноструктур). Интерес к детализации этой сферы знаний до сих пор не проявлялся коллегами ученых, несмотря на то, что ранние исследования уже показали различия в эффективности преобразований отдельных наноструктур.
Изучение различных нанообъектов на поверхности электрода, в котором были также задействованы методики просвечивающей электронной микроскопии, позволило ученым найти наиболее оптимальные конструкции и предложить метод синтеза для создания электродов, наиболее эффективных с точки зрения расщепления воды. Нововведения обеспечили фототок на уровне 4 мА/см2, что является наибольшим значением, когда либо достигнутым для гематита и вообще любых фотоэлектродов на основе оксидов металлов.
Как считают ученые, их работа поможет в будущем сделать более эффективные ячейки для расщепления воды, а также солнечные батареи. Хотя прежде чем технология достигнет коммерческого рынка, предстоит проделать еще много работы. Продолжая исследования наноструктур гематита, ученые планируют определить дефекты и другие «узкие» места фотоэлектрода, препятствующие повышению эффективности расщепления воды при помощи солнечной энергии.
Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nature Materials.
Также по теме:
- Как точно измерить форму фотона?
- Благодаря полимерному слою оптоэлектронные устройства на основе графена смогут лучше адаптироваться к реальным задачам
- Электрическое напряжение в графене позволяет контролировать терагерцовое излучение
- Фрактальные структуры превратят большее в меньшее
- Наноструктуры позволяют создавать многоцветные покрытия
Источники: