Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Fotoanode met meerlaagse nanostructuur ontwikkeld voor efficiënte foto-elektrochemische watersplitsing

Credit:International Journal of Hydrogen Energy (2023). DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.08.061

Hematiet (α-Fe2 O3 ) wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende materialen voor foto-elektrochemische (PEC) watersplitsing onder zonlicht. De nadelen van een lagere efficiëntie van de ladingsoverdracht en de kinetiek van de langzame zuurstofontwikkelingsreactie (OER) beperken echter de praktische toepassing van α-Fe2 O3 fotoanodes. Daarom zijn er pogingen ondernomen om de PEC-eigenschappen van α-Fe2 te bevorderen O3 , zoals elementaire doping, morfologische modulatie en constructie van heterojuncties.



In een onderzoek gepubliceerd in International Journal of Hydrogen Energy rapporteerde de onderzoeksgroep onder leiding van prof. Lu Canzhong van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuwe α-Fe2 O3 fotoanode met meerlaagse In2 O3 /Co-Mn nanostructuur voor efficiënte foto-elektrochemische watersplitsing.

De onderzoekers synthetiseerden α-Fe2 O3 nanostaafjesarrays met behulp van klassieke hydrothermische methoden, gevolgd door een laag In2 O3 nanolagen bedekt op de α-Fe2 O3 met behulp van natchemische afzetting en uiteindelijk bedekt met een laag nanosheet waarin ultradunne niet-kristallijne Co(OH) is gecombineerdx en Mn3 O4 nanokristallen (Co-Mn nanosheet-coating) met behulp van elektrolytische afzetting.

Door testen met lineaire sweep-voltammetrie (LSV) ontdekten de onderzoekers dat de hoge fotostroomdichtheid van In2 O3 /Co-Mn heeft α-Fe2 aangepast O3 fotoanode is 13,8 keer zo groot als die van gewone α-Fe2 O3 materialen. Ze testten ook de efficiëntie van invallende fotonen fotostroom (IPCE) en ontdekten dat de IPCE-waarde van ongerepte α-Fe2 O3 bij een golflengte van invallend licht van 400 nm is slechts 9,5%, en de IPCE-waarde van In2 O3 /Co-Mn heeft α-Fe2 aangepast O3 fotoanode is 57,9%.

Daarnaast evalueerden ze de H2 productie snelheid. De In2 O3 /Co-Mn heeft α-Fe2 aangepast O3 De fotoanodeproductie bereikte 74,10 mmol/cm 2 /h, wat 13,12 keer hoger was dan de α-Fe2 O3 fotoanode.

De onderzoekers onthulden ook dat het laden van In2 O3 nanolagen verbeteren de foto-elektrochemische wateroxidatieactiviteit van α-Fe2 aanzienlijk O3 nanostaafjes. De heterojunctie gevormd door de In2 O3 passivatielaag en α-Fe2 O3 bevordert effectief de ladingsscheiding, waardoor de fotostroomdichtheid toeneemt.

De lading van de Co-Mn nanosheet-coating helpt de wateroxidatieprestaties van α-Fe2 te verbeteren O3 , en deze meerlaagse structuur maakt een efficiënte foto-elektrochemische afbraak van α-Fe2 in water mogelijk O3 nanostaafjes.

Meer informatie: Ming-Hao Ji et al, Een nieuwe α-Fe2O3-fotoanode met meerlaagse In2O3/Co-Mn-nanostructuur voor efficiënte foto-elektrochemische watersplitsing, International Journal of Hydrogen Energy (2023). DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.08.061

Journaalinformatie: International Journal of Hydrogen Energy

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Het ontrafelen van de metabolische mysteries van grasmatten onder hittestress
  2. Hoe een 3D-model van het ademhalingssysteem te maken
  3. Soorten genetische kruisen
  4. Zwaarlijvige honden geholpen door effectieve gewichtsverliesproeven
  5. Mannelijke mammoeten vielen vaker in natuurlijke vallen en stierven, DNA-bewijs suggereert:
  6. Nieuw apparaat zoomt in op microbengedrag op de juiste schaal
  7. Rechtshandige gewoonte is misschien 2 miljoen jaar geleden begonnen
  8. Studie maakt ingang naar landbouw zwanenhals zeepokken
  9. Team ontdekt nieuwe mechanismen voor DNA-stabiliteit

Wetenschap