С помощью катализатора солнечный свет может стимулировать окисление воды к кислороду и выпуску электронов для текущего поколения, процесс также названный искусственным фотосинтезом. Окись железа в форме hematite – удобный и дешевый кандидат катализатора, но электроны, освобожденные химической реакцией, имеют тенденцию быть пойманными в ловушку снова и теряться; поток электричества неэффективен.
Как решение, Цзиньлун Гун из Тяньцзинского университета, Китай, ввел тонкий миллимикроном слой пассивирования titania. Мало того, что это предотвращает перекомбинацию обвинения между hematite структурой электрода и основанием, но это также предоставляет окиси железа значительный источник допинга, чтобы повысить его плотность перевозчика обвинения, очень многообещающий эффект для фотоэлектрических заявлений.Hematite может быть богатым материалом (железная руда), но несмотря на ее фотокаталитические преимущества как фотостабильность и хорошие энергичные предварительные условия, ученые все еще борются с ее вялой кинетикой и плохой электрической проводимостью.
Наноструктурированный hematite может быть одним решением. hematite фотокатализаторы выращены на проводящих стеклянных основаниях во множествах нанопрута, которые далее снабжены веточками, чтобы получить густую, древовидную форму. Эта разветвленная структура нанопрута значительно увеличивает поверхность, чтобы способствовать реакции водного окисления, но проблема перекомбинации обвинения, особенно в интерфейсе hematite-основания, не решена.Поэтому Гонг и его коллеги вырастили древовидные hematite нанопруты на промежуточном слое диоксида титана, который отдельно является светочувствительным материалом. Если достаточно тонкий, покрытая структура может и предотвратить перекомбинацию обвинения и обеспечить проводимость, но это не было единственным намерением, которое имели ученые. «Промежуточный слой диоксида титана, как полагали, действовал как источник катиона титана к наркотику hematite», спорили они.
Допинг здесь означает повышать плотность перевозчика обвинения в фотокатализаторе, вводя более уверенные центры и повышать электрическую проводимость.Оба эффекта, пассивирование и допинг, действительно произвели больше чем в четыре раза более высокий фототок при стандартизированных условиях.
Добавление железного сокатализатора гидроокиси выдвинуло плотность фототока еще больше к стоимости больше чем пять раз выше той из нелегированной системы. Этот дизайн, объединяющий дешевые материалы, немного шагов подготовки и увеличенной электрической работы, может быть образцовым для улучшенных систем в зеленом искусственном фотосинтезе.