Улучшить процесс расщепления воды для гидролиза

Развитие водорода как важного источника возобновляемой энергии в будущем ускоряется, и Университет Флиндерса внес важный вклад в понимание стабильности фотокатализаторов расщепления воды для улучшения потенциальных методов производства.

Последние исследования Университета Флиндерса, Университета Аделаиды и Токийского научного университета способствуют увеличению производства водорода из возобновляемых источников энергии для сокращения выбросов углекислого газа.

«Это захватывающее время для участия в науке о водороде, и в настоящее время ведутся быстрые разработки, чтобы обеспечить максимально эффективное производство водорода», — говорит профессор химической физики Флиндерса Гюнтер Андерсон, первый автор новой статьи, описывающей метод в Журнал Американского химического общества (ACS).

Фотокаталитическое расщепление воды — перспективный метод расщепления воды на водород и кислород с использованием молекул полупроводников в качестве фотокатализаторов. Хотя исследователи знают, что структурные и электронные свойства фотоактивных полупроводников играют ключевую роль в определении фотокаталитической активности, их цель состоит в том, чтобы найти лучший и наиболее эффективный материал, который поможет в этом процессе, и им оказался оксид хрома.

— говорит профессор Андерсон, заместитель директора Института нанотехнологий и технологий Университета Флиндерса в Школе естественных наук и инженерии.

Однако катализатору требуется защитный слой для подавления H.₂ и О₂ Рекомбинация, которая приведет к ретроградной реакции, которая забирает H₂ и О₂ Вернемся к Х.₂с.

«Нам нужно было найти правильный материал слоя, чтобы обеспечить наиболее эффективное фотокаталитическое расщепление воды, и это привело нас к изучению смешанных оксидов переходных металлов».

Исследователи обнаружили, что слои оксида хрома защищают процесс расщепления воды при фотокатализе для производства водорода под действием солнечного света.

В их работе изучалась стабильность, окислительно-восстановительное состояние, масса и поверхностная электронная структура оксида хрома, фотоосажденного на различных частицах, в зависимости от процесса отжига.

Важно отметить, что международная исследовательская группа также обнаружила, что слои оксида хрома не способствуют реакции расщепления воды.

«Ведущие мировые фотокатализаторы содержат слои оксида хрома, и эта работа раскрывает новое понимание природы покрытий, которое может привести к улучшению будущих материалов», — добавляет старший соавтор Грегори Мита, профессор химии Университета Аделаиды.

Известно, что слои оксида хрома защищают процесс расщепления воды при фотокатализе для производства водорода под действием солнечного света. Исследователи обнаружили, что термическая стабильность слоя оксида хрома зависит от химической природы основного фотокатализатора.

«Понимание стабильности, окислительно-восстановительного состояния и электронной структуры слоя оксида хрома на частицах фотокатализатора при отжиге имеет важное значение для многослойных приложений в фотокаталитическом разделении воды», — говорит профессор Андерсон.

Исследование – «Восстановление и диффузия слоев оксида хрома в частицах P25, BaLa4Ti4O15 и Al:SrTiO3 при высокотемпературном отжиге», Абдур-Рахман Аль-Атаби, Томас Смолл, Янтинг Йен, Д. Дж. Осборн, Шухей Одзаки, Юки Катаока, Йоичи Негиши и Казунари Домен, Грегори Мета и Гюнтер Андерссон — опубликовано в Журнал прикладных материалов и интерфейсов ACS.

https://doi.org/10.1021/acsami.3c00250