Команда из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (PNNL) и включает исследователей из EMSL, Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики и Аргоннской национальной лаборатории.
Почему это важно: создание материалов, которые могут использовать энергию солнца для создания горючего топлива, такого как водород, не оставляющего углеродного следа, представляет собой чрезвычайно привлекательный путь к новым источникам чистой энергии. Не имея альтернатив ископаемому топливу, мы стремимся неуклонно увеличивать концентрацию углекислого газа в атмосфере и океанах с соответствующими пагубными последствиями для накопления парниковых газов в атмосфере и закисления океана.
Методы: Воспользовавшись точностью состава, чистотой и низкой плотностью дефектов, обнаруженными в оксидных пленках, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, команда показала, что необычная полупроводниковая фаза, которая является ферримагнитной значительно выше комнатной температуры и поглощает свет в видимой части солнечный электромагнитный спектр, может быть стабилизирован на подложках из оксида магния (MgO (001)).
Эта фаза возникает, когда ровно одна треть железа (Fe) в магнетите (Fe3O4) заменяется хромом (Cr). Исследование показало, что ионы хрома Cr3 + замещают железо исключительно в октаэдрических узлах решетки шпинели, занимая половину этих узлов. В результате механизм переноса заряда включает прыжки электронов между катионами железа в октаэдрических и тетраэдрических узлах решетки.
Что дальше?
Показав, что химически модифицированный магнетит (Fe2CrO4) соответствует основным критериям, необходимым для стабильного на воздухе фотокатализатора в видимом свете, исследователи планируют провести эксперименты, в которых они перенесут свежевыращенные поверхности Fe2CrO4 в фотоэлектрохимическую ячейку в атмосфере сухого азота, чтобы избежать улавливание поверхностного углеродного загрязнения.
Там они будут измерять фотокаталитическую активность реакций выделения кислорода и выделения водорода, как это происходит, когда энергия света успешно используется для разложения воды в пригодное для использования топливо.