Нано структурований оксигалогенідний каталізатор забезпечує рекордну ефективність сонячного пального

Інноваційний прорив: фотокаталізатори нового покоління для виробництва водню

У світі, що все більше схиляється до альтернативної енергетики, вчені з Інституту науки Токіо здійснили значний прорив у виробництві пального з сонячної енергії. Вони представили новий наноструктурований пористий фотокаталізатор, що значно покращує виробництво водню з води та перетворення діоксиду вуглецю в форміат, використовуючи сонячне світло. Цей матеріал, відомий як Pb2Ti2O5.4F1.2 (PTOF), перевершує попередні фотокаталізатори оксихалід, демонструючи активність у 60 разів вищу.

Науковий проект очолили професори Казухіко Мада і Осаму Ісітані. Їхня команда застосувала передовий метод гідротермального синтезу з мікрохвильовим нагріванням для створення високопористих наночастинок PTOF. За словами професора Мадо, їх метод синтезу встановлює новий світовий стандарт у фотокаталітичній продуктивності, що дозволяє ефективне виробництво водню (H2) і перетворення CO2 в екологічно чистій формі.

Одним із ключових факторів успіху було контролювання розміру частинок і їхньої морфології. Зменшення розміру частинок допомогло зменшити відстань для фотогенерованих зарядів, тим самим скорочуючи темпи рекомбінації і забезпечуючи стійкість та цілісність каталізатора.

У ході експериментів команда використовувала різні водорозчинні титанові комплекси разом з нітратом свинцю і фторидом калію. В результаті, методика виробництва, що використовує лимонну кислоту, дозволила отримати наночастинки розміром менше 100 нм з поверхневою площею близько 40 м2g-1. Це значно перевершило традиційні підходи, які давали більші, менш пористі частинки.

Під час каталітичних випробувань зразки PTOF досягли вражаючих результатів. На тлі своїх попередників, цей матеріал продемонстрував у 60 разів краще виробництво водню. Крім того, використання молекулярного фотокаталізатора рутенію у поєднанні з їхнім підвищеним квантовим виходом у 15% при певних умовах, дозволило перевершити всі попередні рекорди продуктивності для фотокаталізаторів цього класу.

Синтез з використанням мікрохвильової технології демонструє перспективний напрям розвитку високоефективних фотокаталізаторів. Це підкреслює важливість контролю за морфологією оксихалідів, розкриваючи їхній потенціал у виробництві чистої енергії, здатної змінити майбутнє енергетики на краще.