Door een rooster van kleine draden, Nanonetten genaamd, te coaten met ijzeroxide – beter bekend als roest – ontstaat een economisch en efficiënt platform voor het proces van watersplitsing, een opkomende wetenschap over schone brandstoffen die waterstof uit water haalt, Onderzoekers van Boston College rapporteren in de online editie van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Universitair docent chemie Dunwei Wang en zijn laboratorium voor schone energie waren in 2008 pioniers in de ontwikkeling van Nanonetten en hebben sindsdien aangetoond dat ze een levensvatbaar nieuw platform zijn voor een aantal energietoepassingen dankzij het grotere oppervlak en de verbeterde geleidbaarheid van de nanoschaal netten gemaakt van titaniumdisilicide, een gemakkelijk verkrijgbare halfgeleider.

Wang en zijn team melden dat het bekleden van de Nanonetten met hematiet, de overvloedige minerale vorm van ijzeroxide, toonde aan dat het mineraal licht efficiënt kan absorberen en zonder de extra kosten van het verbeteren van het materiaal met een zuurstof ontwikkelende katalysator.

De resultaten vloeien rechtstreeks voort uit de introductie van het Nanonet-platform, zei Wang. Hoewel gemaakt van draden 1/400ste van de grootte van een mensenhaar, Nanonetten zijn zeer geleidend en hebben een aanzienlijk oppervlak. Ze hebben een dubbele rol als structurele ondersteuning en een efficiënte ladingcollector, waardoor maximale foton-naar-lading conversie mogelijk is, zei Wang.

"Recent onderzoek heeft aangetoond dat het gebruik van een katalysator de prestaties van hematiet, " zei Wang. "Wat we hebben laten zien is de potentiële prestatie van hematiet op het fundamentele niveau, zonder katalysator. Door gebruik te maken van deze unieke Nanonet-structuur, we hebben een nieuw licht geworpen op de fundamentele prestatiemogelijkheden van hematiet bij het splitsen van water."

Op zichzelf, hematiet wordt geconfronteerd met natuurlijke grenzen in zijn vermogen om een ​​lading te transporteren. Een foton kan worden geabsorbeerd, maar kan nergens heen. Door het structuur en extra geleidbaarheid te geven, de ladingstransportcapaciteiten van hematiet nemen toe, zei Wang. Water splijten, een chemische reactie die water scheidt in zuurstof en waterstofgas, kan worden gestart door een elektrische stroom door water te leiden. Maar dat proces is duur, dus winst in efficiëntie en geleidbaarheid is nodig om grootschalige watersplitsing een economisch haalbare bron voor schone energie te maken, zei Wang.

"Het resultaat benadrukt het belang van ladingstransport in op halfgeleiders gebaseerde
water splijten, in het bijzonder voor materialen waarvan de prestaties worden beperkt door slechte ladingsdiffusie, " rapporteren de onderzoekers in het tijdschrift. "Ons ontwerp introduceert materiële componenten om een ​​specifiek ladingstransportpad te bieden, vermindert de afhankelijkheid van de intrinsieke eigenschappen van de materialen, en heeft daardoor de potentie om sterk te verbreden waar en hoe verschillende bestaande materialen kunnen worden gebruikt in energiegerelateerde toepassingen."