Покращене сонячне розщеплення води за допомогою гетероструктур MoS2 GaN наностовпців

Інновації в фотоелектрохімічному розщепленні води: нова ера для нанородів GaN

У світі альтернативної енергетики кожен новий прорив має потенціал змінити наше сприйняття відновлюваних джерел. Дослідницька група з CSIR-National Physical Laboratory та IIT Madras зробила саме такий крок вперед, виготовивши унікальні наноструктури, які можуть значно покращити ефективність фотоелектрохімічного розщеплення води. Ключова роль у цьому належить нанородам GaN, що покриті MoS2, які були вирощені на вольфрамовій фользі.

Нанороди з галію нітриду вже давно цінуються за свою високу електронну мобільність і стабільність. Проте їх складність використовувати на практиці зумовлена широким зазором енергії, який заважає поглинанню сонячної енергії. Щоб обійти це обмеження, дослідники обрали інтеграцію молібденового дисульфіду (MoS2) з нанородами GaN. Цей підхід дозволив досягти щільності фотоструму близько 172 мікроампер на квадратний сантиметр, що вражає в 2,5 рази більше, ніж у традиційних нанородів GaN.

Чому саме такі покращення? Справа у типі II у вирівнюванні зон, яке сприяє ефективному розділенню зарядів, знижує опір перенесення заряду та збільшує кількість активних сайтів для реакцій. Це дійсно важлива знахідка, яка обіцяє величезний потенціал у контексті відновлюваних джерел енергії.

Технічні аспекти та методологія

Для розробки цих гетероструктур застосовували такі новітні методи, як хімічне осадження з газової фази при атмосферному тиску та лазерна молекулярно-променева епітаксія. Ці технології дозволяють робити експериментальні зразки з високою точністю та контролем якості. Використовуючи раманівську спектроскопію, рентгенівську дифракцію та рентгенівську фотоелектронну спектроскопію, вчені підтвердили наявність гексагональних фаз матеріалу та дослідили його електронні стани.

Результати показують, що інтеграція MoS2 з нанородами GaN відкриває нові можливості для розвитку технологій виробництва водню, який живиться сонячною енергією. Це не просто науковий прорив — це реальний крок до більш стійкого й екологічно безпечного майбутнього, підтриманий програмами CSIR-FIRST і SAMMARTH.

У майбутньому дослідники планують зосередитися на масштабуванні цих технологій для промислового використання, що ще більше наблизить альтернативну енергетику до ринку. Це лише початок, і ми з нетерпінням чекаємо нових досягнень у цій сфері.