Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из сотрудников Египетского института нефтяных исследований и Лаборатории инженерии функциональных материалов Технологического университета Тойохаши, разработала новый высокоэффективный фотоэлектрод, создав на прозрачном электроде массив нанопагод оксида цинка уникальной формы и нанеся на его поверхность наночастицы серебра.

Нанопагода оксида цинка характеризуется наличием множества ступенчатых структур, поскольку состоит из стопок гексагональных призм разного размера. Кроме того, в нем очень мало кристаллических дефектов и отличная электронная проводимость. С поверхностью, украшенной наночастицами серебра, фотоэлектрод из массива оксида цинка приобретает свойства поглощения видимого света, что позволяет ему работать при облучении солнечным светом.

Подробности

Фотоэлектрохимическое расщепление воды с использованием солнечного света предполагается использовать в качестве технологии получения экологически чистой энергии в виде водорода. В качестве ключевых материалов для этой технологии фотоэлектроды должны обладать низким избыточным потенциалом для реакций расщепления воды, а также высокой эффективностью поглощения солнечного света и переноса заряда. Для практического применения этой технологии нельзя использовать редкие металлы в качестве первичных материалов, а процесс изготовления должен быть промышленным; однако материалы, удовлетворяющие этим требованиям, еще не разработаны.

Поэтому исследовательская группа сосредоточилась исключительно на массиве нанопагод из оксида цинка, поскольку такие массивы недороги в производстве, обладают высокой электронной проводимостью и не подвержены истощению сырья. Первоначально считалось, что массивы нанопагод из оксида цинка трудно изготовить с хорошей воспроизводимостью. Под руководством Марвы Абуэлелы (Marwa Abouelela), докторанта третьего года обучения, которая также является ведущим автором данной работы, команда сначала оптимизировала процесс синтеза, чтобы обеспечить высокую воспроизводимость. При оценке фотоэлектрохимических свойств полученного фотоэлектрода было отмечено возникновение относительно большого фототока при облучении псевдосолнечным светом. Помимо высокой эффективности переноса заряда, связанной с низкой плотностью дефектов и высокой активностью поверхностных химических реакций на многих этапах, анализ электромагнитного поля показал, что уникальная наноструктура нанопагоды способна эффективно улавливать ультрафиолетовые лучи, содержащиеся в падающем свете.

Чтобы обеспечить эффективное использование видимого света, на который приходится 55% солнечного света, исследовательская группа дополнительно улучшила фотоэлектрохимические свойства, украсив поверхность нанопагоды из оксида цинка наночастицами серебра, которые проявляют локализованный поверхностный плазмонный резонанс, что увеличило фототок примерно в 1,5 раза. Спектр действия величины фототока показывает, что это улучшение в первую очередь связано с горячим переносом электронов, вызванным поглощением видимого света локализованным поверхностным плазмонным резонансом наночастиц серебра. Оптимизируя применение наночастиц серебра, стало возможным только улучшить фотоэлектрохимические свойства, предотвратив при этом негативное влияние на свойства самой нанопагоды.

Предыстория разработки

Доцент Го Кавамура, один из авторов-корреспондентов, заявил следующее:

Нанопагоды оксида цинка рассматривались для применения только в эмиттерах электронных пушек, используя их высокую эффективность переноса заряда. Однако, поскольку структура имеет много ступеней, наша первоначальная идея заключалась в том, что она обладает высокой активностью в отношении поверхностных химических реакций и может быть пригодна для катализации фотоэлектрохимических реакций.

Преуспев в изготовлении нанопагоды, мы попытались повысить эффективность использования солнечного света путем применения наночастиц серебра, которые демонстрируют локализованный поверхностный плазмонный резонанс, и оценили эффект с помощью анализа электромагнитного поля; однако оказалось, что нанопагода из оксида цинка захватывает падающий свет, особенно ультрафиолетовые лучи, внутрь. Хотя это было совершенно неожиданно, это оказалось удачным открытием, поскольку данное свойство способствует улучшению фотоэлектрохимических свойств.

Перспективы на будущее

В настоящее время Марва и студенты той же лаборатории ведут исследование влияния точного структурного контроля нанопагод из оксида цинка, а также декорирования поверхности другими материалами на фотоэлектрохимические свойства этих пагод. Поскольку оксид цинка подвержен фотокоррозии, он не может сам по себе выдерживать длительное облучение солнечным светом, поэтому мы сосредоточились на повышении долговечности путем декорирования поверхности. После достижения высоких фотоэлектрохимических свойств и долговечности мы планируем провести процесс получения водорода путем расщепления воды в реальных условиях (разложение речной или морской воды под воздействием солнечного света) и решить реальные проблемы.

04.01.2024


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков