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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред