Genererar syre från solljus, vatten och halvledande polymerer. Kredit:LIMNO / EPFL
EPFL-forskare genererar syre från solljus, vatten och halvledande polymerer. De presenterar en lovande väg mot ekonomisk och skalbar produktion av solbränsle.
Naturlig fotosyntes utvecklades till hemligt vatten och solljus till syre (O 2 ) och lagrad kemisk energi. I växter är denna process inte särskilt effektiv, möjligheten att omvandla solljus till kemiskt bränsle på ett ekonomiskt och globalt skalbart sätt är dock en mycket attraktiv metod för att minska vårt beroende av fossila bränslen. Som sådan, forskare har letat efter vägar mot effektiva och billiga imitationer av naturlig fotosyntes i decennier. Det visar sig att O 2 produktionssteget är ganska knepigt och är fortfarande en stor utmaning mot artificiell fotosyntes.
Nu, i en nyligen publicerad rapport i Naturkatalys , Professor Kevin Sivula och hans medarbetare i Laboratory for Molecular Engineering of Optoelectronic Nanomaterials (LIMNO) vid EPFL beskriver en blandning av halvledande polymerer, allmänt känd som plastelektronik, som visar högeffektiv soldriven vattenoxidation (H 2 O → O 2 ).
Jämfört med tidigare rapporterade system, som använder oorganiska material som metalloxider eller kisel och inte har uppfyllt prestanda- och kostnadskraven för industrialisering, de polymera materialen som rapporteras i detta nya arbete har molekylärt avstämbara egenskaper, och är lösningsbearbetbara vid låg temperatur, möjliggör tillverkning av anordningar i stor skala till låga tillverkningskostnader.
EPFL-teamets genombrott realiserades genom att anpassa egenskaperna hos polymererna för att matcha kraven för vattenoxidationsreaktionen och genom att montera dem i en så kallad "en bulk heterojunction" (BHJ) -blandning som ytterligare förbättrar effektiviteten hos den soldrivna katalytiska reaktion. Genom att också optimera ledningen av de elektroniska laddningarna i enheten genom att använda noggrant konstruerade gränssnitt, de insåg den första demonstrationen av en vattenoxiderande "fotoanod" baserad på en BHJ-polymerblandning som uppvisar en riktmärkeprestanda hittills – som presterar två storleksordningar bättre än tidigare organiskt baserade enheter. Dessutom, teamet identifierade nyckelfaktorer som påverkar den robusta prestandan hos O 2 produktion, vilket kommer att hjälpa till att definiera vägar framåt för att ytterligare förbättra prestandan.
På grund av potentialen i detta tillvägagångssätt, systemet som utvecklats av prof. Kevin Sivula och kollegor skulle kunna bidra väsentligt till att avancera området för polymerbaserad elektronik och etablera en lovande väg mot ekonomisk, effektiv, och skalbar solenergiproduktion genom artificiell fotosyntes.
