Команда сообщает, что она достигла двух десятых фотоэдс, необходимого для имитации окисления и восстановления, соответственно, с использованием уникальных фотоанодов и фотокатодов, которые команда разработала с использованием новых компонентов нанопроволоки и покрытий. Сокращая разрыв с помощью экономичных химических компонентов, группа приближает исследователей к использованию антропогенной реакции для уникальных приложений, таких как сбор и хранение солнечной энергии.«Многие исследователи пытались собирать солнечную энергию и напрямую хранить ее в химических связях», — сказал ведущий автор Дунвэй Ван, доцент химии в Бостонском колледже. «Солнечные панели могут собирать энергию, но экономичное хранение остается труднодостижимым. Мы пытаемся позаимствовать страницу у матери-природы, где фотосинтез производит энергию из солнца и сохраняет ее».
Но копирование Матери-природы — сложная задача, и этот конкретный квест «требует материалов, которые могут широко поглощать солнечный свет, передавать энергию возбужденным зарядам с высокой эффективностью и катализировать определенные реакции восстановления и окисления», — пишет команда в статье «Вода на основе гематита». Разделение при низком напряжении включения ».Естественный фотосинтез состоит из двух важных процессов.
Окисление производит газообразный кислород. При восстановлении образуются органические молекулы.
Ван сказал, что искусственный фотосинтез, также известный как расщепление воды, пытается скопировать эти две реакции, используя фотоанод для окисления воды и фотокатод, чтобы либо уменьшить воду для производства водорода, либо уменьшить углекислый газ для органических молекул.Но в искусственной среде сохраняется разрыв в напряжении, необходимом с обеих сторон реакции для достижения этих результатов, сказал Ван. По сути, для окисления и восстановления требуется от 1,2 до 1,3 вольт в сочетании для достижения заряда, необходимого для питания искусственного фотосинтеза.Раньше только редкие материалы позволяли исследователям восполнить пробел, но эти усилия непомерно дороги для широкого применения.
Ван и его лаборатория потратили последние два года на поиск недорогих альтернатив для устранения разрыва напряжения.Ранее в этом году лаборатория сообщила, что разработала новую технологию подготовки катода для улучшения производства водорода.
По словам Ванга, полученные данные устранили большинство препятствий на пути создания недорогого, но высокоэффективного фотокатода.Последнее исследование команды привело к успехам в разработке фотоанодов, где их спроектированные нанопроволочные структуры позволили команде достичь фотоэдс в 0,6 В с использованием материала из оксида железа.
Напряжение на 50 процентов выше лучших предыдущих результатов, которые были опубликованы в прошлом году. В результате Ван и его команда оказались в пределах двух десятых вольт от необходимого фотоэдс.Команда добилась успехов, покрывая гематит, оксид железа, похожий на ржавчину, оксидом железа никеля.По словам Вана, команда уже выделила более 1 вольт энергии в сочетании с фотокатодом, который они разработали ранее в этом году, — сказал Ван, в состав команды которого входили постдокторант Сяоган Ян, аспиранты Чун Ду, Мэтью Т. Майер и Цзинь Се, студенты.
Генри Хойт, Грегори Бишопинг и Грегори МакМахон, менеджер по нанолитографии и электронной микроскопии в Чистой комнате нанофабрикаций Британской Колумбии.«Наша система, состоящая из кислорода, кремния и железа — трех из четырех самых распространенных элементов на Земле — теперь может вместе обеспечивать более 1 вольт энергии», — сказал Ван. «Теперь у нас осталось всего две десятых вольта на фотоаноде.
Это значительное сокращение разрыва».Он говорит, что полностью ликвидировать этот пробел вполне реально, особенно потому, что другие исследователи использовали для этого другие системы. Он сказал, что его лаборатория может сотрудничать с другими исследователями, чтобы сократить разрыв.
«Благодаря нашим инновациям, касающимся только фотокатода, эти две десятых вольта вполне достижимы», — сказал Ван. «Самое интересное в том, что мы смогли достичь шести десятых вольт, используя ржавчину. Это никогда не было сделано раньше».