Puiki pažanga saulės skystyje, pagamintame iš padalinto vandens

Mokslininkai naudojo kompiuterius ir mikroskopus, kad suskaidytų saulės vandenį ir sukurtų būdą pagerinti vandenilio, kaip tvaraus kuro, generavimo prietaisų veikimą. Autorius: Peterio Alleno iliustracija

Pritzkerio molekulinės inžinerijos mokyklos tyrimai gali padėti vandeniliui tapti tvariu ir naudingu kuru.

Vandenilis yra nepaprastai galingas kuras, o ingredientų yra visur, paprastame sename vandenyje. Daugelis tyrinėtojų norėtų jį plačiai naudoti kaip švarų ir tvarų energijos šaltinį.

Tačiau galima sakyti, kad vandeniui padalinti ir vandeniliui gaminti reikia daug energijos. Taigi mokslininkai gamino medžiagas fotoelektrodams, kurie gali naudoti saulės energiją vandens suskaidymui, sukurdami „saulės kurą“, kurį vėliau galima laikyti naudojimui.

Mokslininkai Čikagos universitetas, Viskonsino-Madisono universiteto ir Brookhaveno universiteto nacionalinės laboratorijos paskelbė naują proveržį gaminant fotoelektrodus. Ataskaita apie per metus atliktus tyrimus Gamtos energija 2021 m. Vasario 18 d. Jis parodė, kad pakeitus viršutinį atomų sluoksnį ant elektrodo paviršiaus, jų veikimas gali žymiai padidėti.

“Mūsų rezultatai yra labai svarbūs norint suprasti ir tobulinti saulės elektrinių gamyboje naudojamus fotoelektrodus”, – sakė molekulinės inžinerijos profesorė ir UChicago chemijos profesorė Giulia Galli Liew, pagrindinė Argonne nacionalinės laboratorijos mokslininkė ir straipsnio autorė. .

“Kiekvienas mūsų atliktas patobulinimas priartina prie tvaraus kuro ateities pažadų”, – pridūrė autorius Kyoung-Shin Choi, chemijos profesorius Viskonsino-Madisono universitete.

Galli ir Choi yra atitinkamai teoriniai ir eksperimentiniai lyderiai saulės kuro srityje ir keletą metų dirbo kartu kurdami ir optimizuodami fotoelektrodus saulės kurui gaminti. Norėdamas suprasti elektrodo paviršiaus kompozicijos poveikį, UChicago alūnas Mingzhao Liu, MS’03, PhD’07, susitiko su Brookhaveno nacionalinės laboratorijos funkcinio centro Nanomedžiagų centro mokslininku.

Fotoelektrodas veikia sugerdamas saulės spindulių energiją, kuri sukuria potencialą ir elektros srovę, kuri gali padalinti vandenį į deguonį ir vandenilį.

Grupė ištyrė fotoelektrodų medžiagą, vadinamą bismuto vanadatu, kuri yra perspektyvi, nes ji sugeria saulės šviesą daugeliu bangų ilgių ir palaiko ją gana stabilią vandenyje. Visų pirma jie norėjo ištirti elektrodo paviršių. „Pakuotų medžiagų savybės buvo plačiai ištirtos; tačiau buvo iššūkis nustatyti paviršiaus poveikį vandens skaidymuisi “, – aiškina straipsnio autorius Liu.

„Kiekvienas mūsų atliktas patobulinimas priartina prie tvarių degalų pažado ateityje“.

Kyoung-Shin Choi, Viskonsino-Madisono universiteto chemijos profesorius

Brookhaveno Liu ir Chenyu Zhou absolventai patobulino bismuto vanadato, kaip gerai apibrėžto fotoelektrodo orientavimo ir paviršiaus struktūros, auginimo metodą. – Tačiau, – sakė Zhou, – mes žinojome, kad mūsų fotoelektrodo paviršiuje vanadžio yra šiek tiek daugiau nei bismuto. Komanda norėjo sužinoti, ar turtingesnė bismuto versija pasirodys geriau.

UW-Madisono, Choi ir Dongho Lee absolventai rado būdą pakeisti paviršiaus kompoziciją, nekeičiant likusių elektrodų makiažo, o jų pagamintame mėginyje buvo daugiau bismuto atomų.

Norint suprasti, kas vyksta molekuliniu lygiu, funkcinių nanomedžiagų centre specialiais įrankiais buvo analizuojamos dvi skirtingos paviršiaus kompozicijos, įskaitant periodinę mikroskopiją. Wennie Wang, podoktorantė iš Galli grupės, palygino mikroskopinius eksperimentinius ir imituotus vaizdus ir nustatė paviršiaus struktūros modelius, kurie tiksliai imitavo eksperimentinius mėginius.

“Mūsų kvantiniai mechaniniai skaičiavimai suteikė daug informacijos, įskaitant elektronines paviršiaus savybes ir tikslią atomų padėtį”, – sakė Wangas. “Ši informacija buvo kritinė interpretuojant eksperimentus”.

Tada jis palygino grupę, kai šviesa pateko į paviršius. Nustatyta, kad pertekliniai bismuto atomų paviršiai geriau reaguoja skaldydami vandenį.

“Kai bismuto vanadatas sugeria šviesą, jis sukuria elektronus ir tuščius elektronus, vadinamus skylėmis”, – sakė Lee. “Mes nustatėme, kad bismutu apdailinti paviršiai padidina elektronus, kad gautų didesnę energiją, ir efektyviau atskiria elektronus nuo skylių; apskritai, turėdami daugiau bismuto atomų ant paviršiaus, yra palankios vandens skaidymo reakcijos.”

“Mūsų eksperimentiniai ir teoriniai tyrimai buvo visiškai integruoti, kad suprastume, kaip paviršiaus pokyčiai gali pakeisti fotoelektrodo savybes atominiame lygmenyje”, – sakė Choi.

“Mūsų bendradarbiavimas, kurį finansavo Nacionalinis mokslo fondas, buvo labai vaisingas”, – pridūrė Gallikas.

Tuomet mokslininkai ištirs, kaip bismuto vanadato fotoelektrodai sąveikauja su fotoelektrodo paviršiumi padengtu katalizatoriaus sluoksniu, kad palengvintų vandens oksidaciją.

“Mes tikime, kad mūsų tyrimų rezultatai bus pagrindinis būsimų tyrimų pagrindas”, – sakė Liu.

„Mes nustatėme svarbų sudėtingo vandens paskirstymo galvosūkio fragmentą ir toliau ieškosime būdų, kaip pagerinti saulės kuro gamybą kaip tvarią iškastinio kuro alternatyvą“, – pridūrė Gallikas.

Nuoroda: „Paviršiaus kompozicijos poveikis BiVO sąsajos energijai ir fotoelektrocheminėms savybėms4„Dongho Lee, Wennie Wang, Chenyu Zhou, Xiao Tong, Mingzhao Liu, Giulia Galli ir Kyoung-Shin Choi 2021 m. Vasario 18 d. Gamtos energija.
DOI: 10.1038 / s41560-021-00777-x

Šį darbą finansavo Nacionalinis mokslo fondas ir panaudojo Čikagos universiteto Tyrimų skaičiavimo centro skaičiavimo išteklius. Brookhaveno darbas buvo atliktas medžiagų sintezės ir apibūdinimo bei „Proximal Probes“ naudotojų patalpose ir jį finansuoja Energetikos departamento mokslo biuras.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Išradingi vandenyno mikrobai puikiai renka maistą, kai jo trūksta

Coscinodiscus wailesii diatoma su pritvirtinta Pseudovorticella coscinodisci ciliarine epibionte. Brūkšninės linijos gaunamos iš srautų, kuriuos generuoja silikatiniai epibionai. Šaltinio vaizdo įrašas buvo...

Netikėti pterozaurai lengvai galėjo skristi

Nuotraukoje pavaizduota Pterodaustro guinazui banda. Autorius: dr. Markas Wittonas Naujai suformuoti pterozaurai galėjo skristi, tačiau jų skraidymo įgūdžiai galėjo skirtis nuo suaugusiųjų pterozaurų. Pterozaurai -...

Žindymas – net kelias dienas – susijęs su mažesniu vaikystės kraujospūdžiu

Net keletą dienų žindomų kūdikių kraujospūdis 3 metų amžiaus yra žemesnis nei vaikų, kurie niekada nemaitino krūtimi. Žindomų naujagimių kraujospūdis yra žemas, neatsižvelgiant į jų...

Dirbtinio intelekto naudojimas norint rasti senėjimo cheminius junginius

Iki Surėjaus universitetas 2021 m. Liepos 24 d Surrey universitetas sukūrė dirbtinio intelekto (AI) modelį, kuris identifikuoja sveiką senėjimą skatinančius cheminius junginius, atverdamas kelią farmacijos naujovėms,...

NASA apdovanojo „SpaceX“ sutartį su „Europa Clipper“ misijos įkūrimu

Jis yra NASA 2021 m. Liepos 24 d Šis vaizdas, patikslintas 2020 m. Gruodžio mėn., Rodo NASA erdvėlaivį „Europa Clipper“. Vidaus vandenynams padvigubėjus žemės vandenynų...

Newsletter

Subscribe to stay updated.