Infällningen visar en bild av Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 , visat sig kunna absorbera synligt ljus med en våglängd på cirka 500 nm. Denna förmåga tros bero på bindningsstrukturen runt Pb-katjonen inom pyroklorgittret, visas till höger. Kreditera: Journal of the American Chemical Society
Under det senaste decenniet, forskningen har intensifierats för att utveckla effektiva, konstgjorda fotokatalysatorer som arbetar under synligt ljus – ett viktigt mål för förnybara energisystem. Forskare i Japan har nu visat att en oxifluorid är kapabel till synligt ljusdriven fotokatalys. Fyndet öppnar nya dörrar för att designa material för artificiell fotosyntes och solenergiforskning.
Kazuhiko Maeda från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Kengo Oka från Chuo University och medarbetare i Japan har lyckats visa att Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 fungerar som en stabil fotokatalysator för synligt ljusdriven vattenklyvning och koldioxidreduktion med hjälp av lämpliga ytmodifieringar.
Det nya materialet har ett ovanligt litet bandgap på cirka 2,4 elektronvolt (eV), vilket innebär att den kan absorbera synligt ljus med en våglängd på cirka 500 nanometer (nm). I allmänhet, bandgap större än 3 eV är förknippade med ineffektivt utnyttjande av solljus, medan de som är mindre än 3 eV är önskvärda för effektiv solenergiomvandling.
Dessutom, oxifluoriden tillhör en grupp föreningar som hittills till stor del hade förbisetts på grund av den högsta elektronegativiteten hos fluor, en egenskap som i huvudsak utesluter dem som kandidater för synliga ljusdrivna fotokatalysatorer.
Den nya oxyfluoriden är "ett exceptionellt fall, "säger forskarna i sin studie, som publiceras i Journal of the American Chemical Society .
Baserat på strukturella överväganden och teoretiska beräkningar, de drar slutsatsen att "ursprunget till det synliga ljussvaret i Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 ligger i de unika egenskaperna som är specifika för strukturen av pyroklortyp." Nämligen, det är den starka växelverkan mellan vissa orbitaler (Pb-6s och O-2p) som möjliggörs av kort Pb-O-bindning i pyroklorstrukturen som tros ge upphov till materialets förmåga att absorbera synligt ljus.
En begränsning är att utbytet av den nya fotokatalysatorn för närvarande är lågt, vid en siffra på omkring 0,01 procent vid 365 nm för väteutveckling. Forskargruppen undersöker därför hur man kan öka avkastningen genom att modifiera Pb 2 Ti 2 O 5 . 4 F 1 . 2 genom förfining av metoder för syntes och ytmodifiering.
