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

NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников
NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников

Кремниевые транзисторы, которые используются д...

Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек
Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек

Квантовые точки, или полупроводниковые на...

Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни
Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни

Учёные много лет пытаются понять, как&nbs

LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов
LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов

Быстрое создание наночастиц высокоэнтропийных ...

Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов
Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов

Как создать материалы, которые будут прочнее и...

Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды
Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды

Новые магнитные нанодиски разработали учёные и...

LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода
LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода

С развитием нанотехнологий создано много искус...

ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов
ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов

Исследователи из Университета Оттавы сдел...

ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы
ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы

Скоро Хэллоуин, пора украшать дома страшными в...

AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов
AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов

Графен, обладающий сильными бактерицидными сво...

Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума
Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума

Благодаря наноразмерным устройствам исследоват...

ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств
ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств

Как работает электроника нового поколения и&nb...

В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен
В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен

Установку, которая перерабатывает печную сажу&...

Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов
Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов

Новый метод выращивания крошечных металлически...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет
EUSEM: Половина всех пациентов с сепсисом умирает в течение двух лет

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Школьных учителей приобщат в современной науке