Forskare från GIST utvecklade, i en ny studie, högeffektiva, långsiktigt stabila organiska halvledarbaserade fotokatoder som kan användas för att producera hållbart väte via soldriven vattenklyvning genom att kapsla in den med platinadekorerad titanfolie. Kredit:Sanghan Lee från Gwangju Institute of Science and Technology, Korea
Vätgas växer fram som ett populärt miljövänligt alternativ till fossila bränsleresurser på grund av dess koldioxidneutrala förbränningsprodukter (vatten, elektricitet och värme) och anses vara nästa generations bränsle för ett nollutsläppssamhälle. Men den största källan till väte är ironiskt nog fossila bränslen.
Ett sätt att producera väte på ett rent och hållbart sätt är genom vattenspjälkning driven av solljus. Processen, känd som "fotoelektrokemisk (PEC) vattendelning" är grunden för driften av organiska fotovoltaiska celler. Det som gör denna metod attraktiv är att den möjliggör 1) massproduktion av väte i begränsat utrymme utan nätsystem och 2) högeffektiv omvandling av solenergi till väte.
Trots sådana fördelar har emellertid de fotoaktiva materialen som används i konventionella PEC inte de egenskaper som krävs för en kommersiell miljö. I detta avseende har organiska halvledare (OS) dykt upp som ett potentiellt fotoelektrodmaterial för kommersiell PEC-väteproduktion på grund av deras höga prestanda och lågkostnadstryck. Men på nackdelen lider operativsystem av dålig kemisk stabilitet och låg fotoströmdensitet.
Nu kan ett team av forskare under ledning av Prof. Sanghan Lee från Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, äntligen ha löst detta problem. I deras senaste genombrott som dök upp på framsidan av Journal of Materials Chemistry A , antog teamet ett tillvägagångssätt baserad på inkapsling av OS-fotokatoden i platinadekorerad titanfolie, en teknik som kallas "metallfolieinkapsling", för att förhindra att den utsätts för elektrolytlösningen.
"Metalfolieinkapslingen är ett kraftfullt tillvägagångssätt för att realisera långsiktigt stabila OS-baserade fotokatoder eftersom det hjälper till att förhindra penetration av elektrolyter i OS, vilket förbättrar deras långsiktiga stabilitet, vilket har visats i våra tidigare studier och andra rapporter om OS. -baserade fotoelektroder," förklarar Prof. Lee.
Teamet tillverkade en organisk fotovoltaisk cell, där OS-fotokatoden var täckt med titanfolie och väl spridda platinananopartiklar. Vid testning visade OS-fotokatoden en startpotential på 1 V jämfört med den reversibla väteelektroden (RHE) och en fotoströmdensitet på -12,3 mA cm -2 vid 0 VRHE . Mest anmärkningsvärt är att cellen uppvisade en rekorddriftsstabilitet och bibehöll 95,4 % av den maximala fotoströmmen i över 30 timmar utan någon märkbar försämring av operativsystemet. Vidare testade teamet modulen under verkligt solljus och kunde producera väte.
Den mycket stabila och effektiva PEC-modulen som utvecklats i denna studie kan möjliggöra storskalig produktion av väte och inspirera till innovativa vägar för att bygga framtida vätgasstationer. "Med det växande hotet från global uppvärmning är det absolut nödvändigt att utveckla miljövänliga energikällor. PEC-modulen som utforskas i vår studie skulle kunna installeras i vätgasstationer, där väte kan både massproduceras och säljas samtidigt, säger Prof. Lee. + Utforska vidare
