Покращене сонячне водорозщеплення досягнуто з MoS2 GaN нанородовими гетероструктурами

Інноваційні нанороди для підвищення ефективності фотоелектрохімічного розподілу води

У світі альтернативної енергетики дослідники постійно шукають нові способи підвищення ефективності процесів вичерпання ресурсів. Недавно команда дослідників з CSIR-National Physical Laboratory та IIT Madras представила важливий прогрес у цій галузі, розробивши нанороди GaN, покриті MoS2, для покращення фотоелектрохімічної ефективності розподілу води.

Нанороди з галію відомі своїми чудовими характеристиками, такими як хороший перенос електронів і висока стабільність. Проте їх широкі енергетичні діапазони обмежують поглинання сонячної енергії. Щоб вирішити цю проблему, дослідники вирішили інтегрувати дисульфід молібдену (MoS2) — відомий каталізатор — на поверхню нанородів. Це дозволило нанороду MoS2/GaN досягти щільності фотоструму близько 172 мікроампер на квадратний сантиметр, що в 2,5 рази перевищує можливості звичайних нанородів GaN.

Секрет цього поліпшення полягає в зонній симетрії II типу, яка сприяє ефективнішому розділенню зарядів і активує більше сайтів для хімічних реакцій. Це, у свою чергу, зменшує опір переносу зарядів і підвищує ефективність того, як ці нанороди використовують сонячну енергію для генерування водню.

Гетероструктури були створені за допомогою особливих методів, як-от хімічне осадження з газової фази при атмосферному тиску та лазерна молекулярна плівкова епітаксія. Цей підхід ще раніше довелася надійним, про що свідчить точний аналіз матеріалів за допомогою раманівської спектроскопії, рентгенівської дифракції та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії, які підтвердили існування гексагональних фаз та прошарування електронних станів.

Такі важливі відкриття показують обґрунтованість інтеграції MoS2 з нанородами GaN як перспективного напрямку для покращення технологій виробництва водню на основі сонячної енергії. Дослідження отримало підтримку від CSIR-FIRST та SAMMARTH, що підтверджує його значущість. Майбутні кроки передбачають роботу над масштабуванням цієї технології для використання у промислових додатках, що обіцяє велике значення для переходу на чисту енергію в усьому світі.