Vandenilio kuro įrenginyje randama neįprasta nuosavybė – tai gali būti pagrindinis savęs tobulinimo vadovas

Vandenilio dujų burbuliukai susidaro iš vandens plonu galio nitrido sluoksniu, susidariusiu ant galio nitrido paviršių. Šis darbas parodė, kad galio nitrido pavertimas galio oksinitridu pagerina jo veikimą ir katalizinį aktyvumą ir taip parodo oksinitrido sluoksnių, kaip vandenilio išsiskyrimo apsauginės katalizinės dangos, pažadą. Autorius: Ella Maru Studios iliustracija

Prieš trejus metus Mičigano universiteto mokslininkai atrado dirbtinį fotosintezės įtaisą, pagamintą iš silicio ir galio nitrido (Si / GaN), kuris saulės šviesą panaudoja anglies neturinčiam vandeniliui kuro elementams padvigubinti kai kurių ankstesnių technologijų efektyvumą ir stabilumą.

Dabar Lawrence’o Livermore’o ir Lawrence’o Berkeley nacionalinių laboratorijų mokslininkai, bendradarbiaudami su Mičigano universitetu, rado nuostabų ir patobulintą Si / GaN turtą, kuris padeda medžiagai atlikti labai efektyvų ir stabilų paverčiant šviesą ir vandenį anglimi. – be vandenilio. Apie tyrimą pranešta tais metais Gamtos medžiagos, gali padėti radikaliai paspartinti dirbtinių fotosintezės technologijų ir vandenilio kuro elementų komercializaciją.

Medžiagos saulės kuro sistemose paprastai suyra, tampa ne tokios stabilios ir dėl to vandenilis yra mažiau efektyvus, tačiau grupė rado neįprastą Si / GaN savybę, kuri leidžia kažkaip tapti efektyvesne ir stabilesne.

Aukščiau paminėtos dirbtinės fotosintezės medžiagos yra puikūs šviesos sugėrėjai, kurie nėra patvarūs arba yra patvarios medžiagos, kurios neefektyviai sugeria šviesą.

Silicio ir galio nitrido yra daug ir nebrangių medžiagų, naudojamų kaip puslaidininkiai kasdieninėje elektronikoje, pavyzdžiui, šviesos diodai (šviesos diodai) ir saulės elementai, sakė Zetian Mi autorius, elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius Zetianas Mi. Si / GaN prieš dešimt metų Mičigane išrado dirbtinius fotosintezės įtaisus.

Kai Mi Si / GaN prietaisas pasiekė rekordinį 3 procentų saulės vandenilio efektyvumą, jis susimąstė, kaip įprastos medžiagos taip gerai galėtų veikti egzotiškame dirbtinės fotosintezės įrenginyje – todėl jis kreipėsi į pagrindinę autorę ir laboratorijos mokslininkę Francescą Toma Berkeley. prašo pagalbos.

HydroGEN: Laikantis grupės mokslo požiūrio į saulės kurą

Mi sužinojo apie pažangias mikroskopijos technologijas, skirtas tirti dirbtinių fotosintetinių medžiagų nanometrinių skalių (milijonųjų metro dalių) savybes per „HydroGEN“, padedant DOE vandenilio ir kuro elementų technologijų biurui.

„HydroGEN“ yra nacionalinis laboratorijų konsorciumas, kuriam vadovauja Nacionalinė atsinaujinančių išteklių energijos laboratorija, kurdama pažangias medžiagas vandens dalijimui, kad būtų lengviau bendradarbiauti tarp nacionalinių, akademinių ir pramoninių laboratorijų.

Pagrindiniai autoriai Toma ir Guosongas Zengas, Berkeley laboratorijos chemijos mokslų skyriaus doktorantas, įtarė, kad GaN gali žaisti dėl neįprasto prietaiso efektyvumo ir stabilumo vandenilio gamybos potencialo.

Norėdami tai sužinoti, Zengas atliko fotolaidžiąją atominės jėgos mikroskopiją, kad efektyviai paverstų GaN fotokatodų sugertus fotonus į elektronus ir paskui sutrauktų šiuos laisvuosius elektronus, kad suskaidytų vandenį į vandenilį, prieš tai suardant medžiagą ir padarant ją stabilesnę ir efektyvesnę. .

Jie matė įsakymą pagerinti 2–3 dydžių medžiagos, gaunamos iš mažų aspektų, GaN grūdelio „šoninėje sienelėje“ esančios fotosrovės dydį. Laikui bėgant medžiagos efektyvumas taip pat padidėjo, nors bendras medžiagos paviršiaus plotas tiek nesikeitė.

Norėdami surinkti tolesnių užuominų, mokslininkai Nacionaliniame elektroninių mikroskopijų centre Berkeley laboratorijos molekuliniame fonde pasamdė nuskaitymo perdavimo elektronų mikroskopiją (STEM) ir rentgeno fotonų spektroskopiją (XPS).

Šie eksperimentai atskleidė, kad palei šonines sienas susidarė 1 nanometro sluoksnis, sumaišytas su galliu, azotu ir deguonimi – arba galio oksinitridu. Įvyko cheminė reakcija, pridėjus „aktyvių vandenilio gamybos reakcijų katalizės vietų“, – sakė Tomas.

Patvirtintos LLNL bendraautorių Tadashi Ogitsu ir Anh Pham modeliavimas „Density Functional Theory“ (DFT) modeliavimas. “Apskaičiuodami cheminių medžiagų pasiskirstymo pokytį konkrečiose medžiagos paviršiaus dalyse, mes sėkmingai radome paviršiaus struktūrą, susijusią su galio oksido išsivystymu, kaip vandenilio evoliucijos reakcijos vieta”, – sakė Ogitsu. “Mes tikimės toliau tobulinti savo technologijas ir viziją (glaudžiai integruotas bendradarbiavimas teorinių eksperimentų metu, kurį įgalino” HydroGEN “konsorciumas), kad toliau tobulintume atsinaujinančio vandenilio gamybos technologijas.”

Žvelgdamas į priekį, Toma sakė, kad jis ir jo komanda norėtų išbandyti Si / GaN fotokatodą fotoelektrocheminėje ląstelėje, kuri skaido vandenį, o Zenge eksperimentuos su panašiomis medžiagomis, kad geriau suprastų, kaip nitritai prisideda prie stabilumo dirbtiniuose fotosintezės įtaisuose. – tai yra tai, ko jie niekada nemanė, kad bus įmanoma.

“Tai buvo visiškai nuostabu”, – sakė Zengas. “Tai nebuvo prasmės, tačiau” Pham “DFT skaičiavimai mums davė paaiškinimą, kurio mums reikia patvirtinti mūsų pastebėjimus. Mūsų išvados padės suprojektuoti dar geresnius fotosintetinius dirbtinius prietaisus.”

Nuoroda: „Fotoelektrochemiškai save stiprinančių Si / GaN fotokatodų kūrimas efektyviam ir tvariam H2 produkcija “2021 m. balandžio 5 d., 2021 m. balandžio 20 d., autoriai: Guosongas Zengas, Tuanas Anhas Phamas, Srinivasas Vanka, Guiji Liu, Chengyu Songas, Jasonas K. Cooperis, Zetianas Mi, Tadashi Ogitsu ir Francesca M. Toma. Gamtos medžiagos.
DOI: 10.1038 / s41563-021-00965-w

Šį darbą parėmė „HydroGEN Advanced Water Splitting Materials Consortium“, sukurtas energetinių medžiagų tinkle, sukurtame DOE Energijos efektyvumo ir atsinaujinančios energijos biure.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Naujos keistų, išnykusių driežų rūšys – tokios keistos, kad buvo neteisingai identifikuotos kaip dinozauras su kolibriu

„Oculudentavis naga“, kaip pavaizduota šio menininko rekonstrukcijoje, buvo keistas driežas, kurį tyrėjai iš pradžių sunkiai skirstė į kategorijas. Jie vis dar nėra tikri...

Kavos mėgėjai, mėgaukitės! Gausus kavos vartojimas susijęs su sumažėjusia širdies nepakankamumo rizika

Tyrimo ataskaita: Išanalizavus tris pagrindinius širdies ligų tyrimus nustatyta, kad geriant vieną ar daugiau kavos su kofeinu puodelių buvo sumažinta širdies nepakankamumo rizika. Kavos be kofeino...

Atominė dalelė paversta antiteze ir pirmą kartą atvirkštinė nepaprasto eksperimento metu.

Fizikų komanda, įskaitant Warwick universitetą, įrodė, kad subatominės dalelės gali virsti ego antagonistais ir vėl grįžti į naują atradimą, ką tik atskleistą praėjusią savaitę. „Šis...

36 Nykštukų galaktikos kartu buvo „Naujųjų žvaigždžių kūdikių bumas“

„Rutgers“ išvados nėra skirtos ginčyti dabartinių idėjų apie galaktikų atsiradimą ir gali padidinti mūsų supratimą apie visatą. Kreditas: Rutgerso universitetas, Naujasis Bransvikas Stebina tai, kaip...

Newsletter

Subscribe to stay updated.