Vätgasdriven elektronik, resa, och mer kan vara ett steg närmare tack vare arbetet från ett samarbetande team av forskare i Japan. Forskarna har utvecklat en effektiv metod för att producera en nyckelkomponent som behövs för att omvandla solenergi och vatten till vätebränsle, en process som kallas fotoelektrokemisk vattensplittring. De publicerade sina resultat i oktober Tillämpade energimaterial , en tidskrift för American Chemical Society.

"Med överflöd av solenergi och vatten, fotoelektrokemisk vattensplittring är ett lovande sätt att underlätta global miljö och energilagringsproblem, "sa huvudförfattaren Katsuya Teshima, en professor vid Institutionen för materialkemi och direktören för Center for Energy and Environmental Science vid Shinshu University. Teshima är också anslutet till Nagano Prefecture Nanshin Institute of Technology.

I vattenspridning, en fotoanod, som är en halvledare och en metallkatod, absorberar solljus. Halvledaren absorberar högenergifotoner från det ljuset, som tvingar splittring av molekylerna runt halvledaren. Detta gör att syre skiljer sig från väte och kombineras med andra fria syremolekyler. Vätgaspar och syrepar kan sedan separeras separat till lämpliga katoder som ska lagras och användas som energi.

Problemet, dock, enligt Teshima och medarbetare, Suzuki, är att de första föreslagna fotoanoderna endast kunde absorbera UV -ljus, som står för cirka fem procent av solspektrumet. Tillverkad av titanoxid, dessa fotoanoder är mycket effektiva vid omvandling av solenergi som de fångar, men de är inte ett lönsamt alternativ för industriell användning eftersom de fångar så lite solenergi.

Teshima och hans team har vänt sig till tantalnitrid, ett av de mest lovande ljuskänsliga materialen som är tillgängliga för användning i vattenspridning. Det kan inte bara absorbera synligt ljus, men det kan också absorbera ljus med en våglängd upp till 600 nanometer, vilket möjliggör ännu mer ljusabsorbering. Forskarna tillverkade tidigare tantalnitridkristallerna, men processen var komplicerad och det resulterande kristallskiktet varierade i tjocklek och täckning. Sådana ojämnheter kan leda till ineffektiva eller till och med helt ineffektiva vattenspridningsinsatser.

I detta nya försök, Teshima placerade metalltantalproven ovanpå pulvernatriumföreningar, och upphettade dem med ammoniakgas vid höga temperaturer. Forskarna kunde kontrollera hur jämnt natriumföreningarna reagerade med tantal, liksom hur tjockt kristallskiktet växte genom att ändra förhållandet mellan natriumföreningarna, temperaturen, och tiden.

"Vårt yttersta mål är att effektivt producera väte och syrgas från naturligt vatten med hjälp av vår flödesodlade fotoanod, "Teshima sa." Eftersom miljö- och energiproblem är globala frågor, vi vill bidra till deras lösningar. "