Изследователите от Института за наука и технологии в Gwangju разработват високоефективни органометални халидни перовскитни фотоелектроди за разделяне на вода.
Понастоящем водородът се произвежда главно от природен газ, който, за съжаление, също генерира парникови газове като въглероден диоксид като странични продукти. Учените твърдят, че водородът, произведен по този начин, макар и икономичен, не е наистина устойчив и следователно изисква по-екологичен подход за генерирането му.
Фотоелектрохимичното (PEC) разделяне на водата на базата на слънчева енергия е един такъв обещаващ подход. Въпреки това, широкото му приложение е ограничено от липсата на ефективни фотоаноди за катализиране на ограничаващата скоростта реакция на отделяне на кислород (OER), важна реакция при разделянето на PEC вода.
водородна централна реклама
Напоследък органометалните халидни перовскити (OHP) се появиха като обещаващ фотоаноден материал на този фронт. За съжаление базираните на OHP фотоаноди страдат от две нежелани загуби, които ограничават тяхната ефективност.
Едната е вътрешна загуба в резултат на рекомбинация на фотогенерирани носители на заряд (необходими за генериране на електричество) в самия анод, което от своя страна възпрепятства разделянето на водата. Другата е външна загуба поради кинетиката на бавната реакция на разделяне на водата, което води до загуба на носители на заряд на границата на анода и електролита.
На този фон екип от изследователи от Корея и САЩ, ръководен от професор Sanghan Lee от Института за наука и технологии Gwangju и включващ доцент Jangwon Seo от Корейския институт за напреднали науки и технологии, сега разработи високоефективен фотоанод, базиран на OHP използвайки подход за рационален дизайн, който преодолява горните ограничения. Тяхното проучване е публикувано в списанието Advanced Energy Materials на 17 юни 2023 г.
Проф. Лий каза:
Високата ефективност на фотоанода за фотоелектрохимично разделяне на водата се постига чрез едновременното потискане на вътрешните и външните загуби на фотогенерирани носители.
В своята работа екипът изработи нов легиран с Fe Ni3S2/Ni фолио/OHP фотоанод в три стъпки. Те първо синтезираха Fe-легиран Ni3S2 катализатор за OER върху Ni фолио чрез хидротермален метод, последван от химическо преобразуване. След това отделно изработиха фотоволтаичната клетка OHP, състояща се от SnO2 електронни транспортни слоеве (ETLs) чрез спиново покритие. Накрая те комбинираха двата компонента, за да получат фотоанода.
Екипът установи, че добавянето на глицидилтриметиламониев хлорид (GTMACl) към анода пасивира дефектите в интерфейса OHP/ETL, като ефективно потиска нежеланата рекомбинация на носители на заряд в анода. Освен това, той подобри стабилността на светлината на OHP клетката, решаващ фактор при разделянето на PEC вода в реалния свят. Освен това високата каталитична активност на Ni3S2, легиран с Fe, осигурява висока скорост на OER на анода, намалявайки загубата на фотогенерирани носители в електролита.
Вследствие на това легираният с Fe Ni3S2/Ni фолио/OHP фотоанод показва безпрецедентна ефективност на преобразуване на фотон към ток с приложено отклонение от 12,79%, по-висока от тази, докладвана за базирани на OHP фотоаноди в съществуващи проучвания.
Като цяло, това проучване дава важна представа за перспективите на рационално проектирани фотоелектроди, базирани на OHP, както подчертава проф. Лий: „Предложената технология се очаква да допринесе за витализиране на водородната икономика и въглеродната неутралност, като позволи широкомащабно и екологично -щадящо производство на водород чрез слънчева енергия без външно напрежение през следващите 10 години. Това от своя страна ще помогне за реализирането на водорода като идеален възобновяем източник на енергия в бъдеще.
И ние със сигурност се надяваме, че визията на изследователя ще бъде реализирана скоро!
