Osaka University forskare skapar nytt material baserat på guld och svart fosfor för att producera rent vätebränsle med hela spektrumet av solljus

De globala klimatförändringarna och energikrisen gör att det snabbt behövs alternativ till fossila bränslen. Bland de renaste koldioxidsnåla bränslen är väte, som kan reagera med syre för att frigöra energi, avger inget mer skadligt än vatten (H2O) som produkten. Dock, det mesta vätet på jorden är redan låst i H2O (eller andra molekyler), och kan inte användas för ström.

Väte kan genereras genom att dela H2O, men detta använder mer energi än det producerade vätet kan ge tillbaka. Vattenklyvning drivs ofta av solenergi, så kallad "sol-till-väte" -omvandling. Material som titanoxid, kända som halvledare med ett brett bandgap, används traditionellt för att omvandla solljus till kemisk energi för den fotokatalytiska reaktionen. Dock, dessa material är ineffektiva eftersom endast den ultravioletta (UV) delen av ljuset absorberas - resten av solljuset går till spillo.

Nu, ett team vid Osaka University har utvecklat ett material för att skörda ett bredare spektrum av solljus. De tredelade kompositerna i detta material maximerar både absorberande ljus och dess effektivitet för vattenspridning. Kärnan är en traditionell halvledare, lantan titanoxid (LTO). LTO -ytan är delvis belagd med små guldfläckar, känd som nanopartiklar. Till sist, den guldklädda LTO blandas med ultratunna ark av elementet svart fosfor (BP), som fungerar som en ljusabsorberare.

"BP är ett underbart material för solapplikationer, eftersom vi kan ställa in ljusfrekvensen bara genom att variera dess tjocklek, från ultratunt till bulk, "säger teamledaren Tetsuro Majima." Detta gör att vårt nya material kan absorbera synligt och till och med nära infrarött ljus, vilket vi aldrig kunde uppnå med LTO ensam. "

Genom att absorbera denna breda svep av energi, BP stimuleras att frigöra elektroner, som sedan ledes till guldnanopartiklarna som täcker LTO. Guldnanopartiklar absorberar också synligt ljus, orsakar att några av sina egna elektroner rycks ut. De fria elektronerna i både BP och guldnanopartiklar överförs sedan till LTO -halvledaren, där de fungerar som en elektrisk ström för vattensplittring.

Väteproduktion med detta material förstärks inte bara av det bredare spektrumet av ljusabsorption, men genom den mer effektiva elektronledningen, orsakas av det unika gränssnittet mellan tvådimensionella material av BP och LTO. Som ett resultat, materialet är 60 gånger mer aktivt än ren LTO.

"Genom att effektivt skörda solenergi för att generera rent bränsle, detta material kan hjälpa till att städa upp miljön, "Säger Majima." Dessutom, Vi hoppas att vår studie av mekanismen kommer att främja nya framsteg inom fotokatalysatorteknik. "