Лаборатория Кентона Уитмайра, профессора химии Райса, объединилась с исследователями из Хьюстонского университета и обнаружила, что выращивание слоя активного катализатора непосредственно на поверхности светопоглощающего массива наностержней приводит к образованию искусственного фотосинтетического материала, который может расщепляться. вода при полном теоретическом потенциале светопоглощающего полупроводника с солнечным светом.
Катализатор выделения кислорода расщепляет воду на водород и кислород.
Поиск чистого возобновляемого источника водородного топлива является предметом обширных исследований, но эта технология еще не была коммерциализирована.
Команда Райса придумала способ объединить три наиболее распространенных металла – железо, марганец и фосфор – в прекурсор, который можно нанести непосредственно на любой субстрат, не повреждая его.
Чтобы продемонстрировать материал, лаборатория поместила прекурсор в специальную печь для химического осаждения из паровой фазы (CVD) и использовала ее для покрытия массива светопоглощающих полупроводниковых наностержней диоксида титана.
Комбинированный материал, названный фотоанодом, показал отличную стабильность при достижении плотности тока 10 миллиампер на квадратный сантиметр, сообщили исследователи.
Результаты представлены в двух новых исследованиях. Первый о создании фильмов появляется в Chemistry: A European Journal. Второй, в котором подробно рассказывается о создании фотоанодов, появляется в ACS Nano.
Уитмайр сказал, что катализатор выращен из молекулярного предшественника, предназначенного для его производства при разложении, и этот процесс масштабируем. Лаборатория Райса объединила железо, марганец и фосфор (FeMnP) в молекулу, которая превращается в газ при применении вакуума. Когда этот газ встречает горячую поверхность в результате химического осаждения из паровой фазы, он разлагается, покрывая поверхность катализатором FeMnP.
Исследователи утверждают, что их пленка – это «первая тонкая пленка из гетеробиметаллического фосфида», созданная из железа, марганца и фосфора, которая начинается как единый прекурсор.
Полученные пленки содержат стабильные гексагональные массивы атомов, которые до сих пор можно было наблюдать только при температурах выше 1200 градусов Цельсия. Пленки с рисом были созданы при температуре 350 градусов Цельсия за 30 минут.
"Температура выше 1200 C разрушает массив полупроводников", – сказал Уитмайр. «Но эти пленки можно изготавливать при низких температурах, что позволяет им равномерно покрывать фотопоглотитель и взаимодействовать с ним, создавая гибридный электрод."
Исследователи покрыли трехмерные массивы наностержней диоксида титана металлической пленкой. Композиционный материал показал потенциал в качестве полупроводника с большой площадью поверхности для фотоэлектрохимических ячеек.
По словам Уитмайра, нанесение покрытия из переходного металла непосредственно на наностержни обеспечивает максимальный контакт между ними. «Эта металлическая проводящая поверхность раздела между полупроводником и активной каталитической поверхностью является ключом к тому, как работает это устройство», – сказал он.
Пленка также обладает ферромагнитными свойствами, в которых магнитные моменты атомов выравниваются в одном направлении. Пленка имеет низкую температуру Кюри, температуру, при которой необходимо индуцировать магнитные свойства некоторых материалов.
По словам исследователей, это может быть полезно для магнитного охлаждения.
Создав свою технику, Уитмир сказал, что теперь будет намного проще исследовать гибридные катализаторы для многих приложений, включая нефтехимическое производство, преобразование энергии и охлаждение.
«Кажется, когда идет дождь, он льет», – сказал он. "Мы потратили очень много времени на то, чтобы собрать все воедино, и теперь внезапно стало слишком много дел."