Проблема с солнечным производством топлива – стоимость производства захватывающих солнце полупроводников и катализаторов, чтобы произвести топливо. Самые эффективные материалы слишком дорогие, чтобы произвести топливо по цене, которая может конкурировать с бензином.«Чтобы сделать коммерчески жизнеспособные устройства для солнечного производства топлива, материал и затраты на обработку должны быть значительно уменьшены, достигая высокой солнечной к топливу конверсионной эффективности», говорит Кюн-Шин Чой, преподаватель химии в Висконсинском университете в Мадисоне.
В исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале Science, Чой и постдокторский исследователь Тэ Ву Ким объединили дешевые, основанные на окиси материалы, чтобы разделить воду на газы водорода и кислорода, используя солнечную энергию с солнечной к водороду конверсионной эффективностью 1,7 процентов, сообщило самое высокое для любой основанной на окиси системы фотоэлектрода.Чой создал солнечные батареи из висмута vanadate использование гальванотехники – тот же самый процесс, используемый, чтобы сделать позолоченные драгоценности или кузова автомобилей поверхностного пальто – чтобы повысить площадь поверхности комплекса до замечательных 32 квадратных метров для каждого грамма.
«Без необычного оборудования, высокой температуры или высокого давления, мы сделали нанопористый полупроводник очень крошечных частиц, у которых есть высокая площадь поверхности», говорит Чой, работа которого поддержана Национальным научным фондом. «Больше площади поверхности означает больше области контакта с водой, и, поэтому, более эффективного разделения воды».Висмуту vanadate нужна рука в ускорении реакции, которая производит топливо, и это – то, где соединенные катализаторы входят.
В то время как есть многие исследовательские группы, работающие над развитием фотоэлектрических полупроводников, и многие работающие над развитием разделяющих воду катализаторов, по словам Чоя, соединение полупроводникового катализатора привлекает относительно мало внимания.«Проблема в конце, Вы должны соединить их», говорит она. «Даже если у Вас есть лучший полупроводник в мире и лучший катализатор в мире, их полная эффективность может быть ограничена интерфейсом полупроводникового катализатора».Чой и Ким эксплуатировали пару дешевых и несколько некорректных катализаторов – окиси железа и окиси никеля – складывая их на висмуте vanadate, чтобы использовать в своих интересах их относительные преимущества.
«Так как никакой катализатор не может сделать хорошее взаимодействие и с полупроводником и с водой, которая является нашим реагентом, мы принимаем решение разделить ту работу на две части», говорит Чой. «Окись железа делает хороший перекресток с висмутом vanadate, и окись никеля делает хорошее каталитическое взаимодействие с водой. Таким образом, мы используем их вместе».
Катализатор двойного слоя проектирует позволенную одновременную оптимизацию соединения полупроводникового катализатора и водного катализатором соединения.«Объединение этого дешевого дуэта катализатора с нашим нанопористым высоким полупроводниковым электродом площади поверхности привело к строительству недорогого вся основанная на окиси система фотоэлектрода с эффективностью рекордно высокого уровня», говорит Чой.Она ожидает основную работу, сделанную, чтобы доказать улучшение эффективности нанопористым висмутом vanadate электрод, и двойные слои катализатора обеспечат, лаборатории во всем мире с фуражом для прыгает вперед.
«Другие исследователи, изучающие различные типы полупроводников или различные типы катализаторов, могут начать использовать этот подход, чтобы определить, какие комбинации материалов могут быть еще более эффективными», говорит Чой, лаборатория которого уже щипает их дизайн. «Который некоторая разработка, эффективность, которой мы достигли, могла быть далее повышена очень быстро».