ייצור פוטוליזה של מים מימן

מימן נחשב כמקור אנרגיה אידיאלי, עם זאת, אם מיצוי מימן בשיטת חימום או פירוק חשמלי, צריכת האנרגיה בתהליך תהיה יותר מהאנרגיה במימן, ובכך תגרום לעלות גבוהה מאוד שהיא יותר נזק מתועלת. לכן, הדרך הנוחה והזולה לייצר מימן הפכה לרצון שחלמו החוקרים. השימוש בפירוק כימיים או סולריים פוטו-קטליטיים של מים הוא ייצור המימן המתחדש והמתקדם ביותר, והשימוש במוליך למחצה תחמוצת כ פוטו-קטליסט לפיצול מים לייצור מימן על ידי שימוש ישיר באור השמש ידוע כ"טכנולוגיית החלום של המאה ה -21 ".

פוטוליזה של מים לטכנולוגיית מימן החלה בשנת 1972, שני פרופסורים לפוג'ישימה א 'והונדה K מאוניברסיטת טוקיו דיווחו תחילה כי הם מצאו תופעה של גביש בודד של אלקטרודה טיטניום דו-חמצני פירוק פוטו-קטלי של מים לייצור מימן, החושף אפשרות של פירוק מים למימן באמצעות ישירות באמצעות אנרגיה סולארית, וגם פתח את מסלול המחקר של התפצלות מים באמצעות שמש. עם אלקטרוליזה של מים למוליכים למחצה המוליכים-פוטו-קטליטיים של מים התפתחו לכדי פוטו-קטליזה הטרוגנית מימן ונמצאו פוטו-קטליסטים מחוץ לתחמוצת טיטניום, שיטת פיצול המים הפוטו-קטליטית עלתה, והתקדמה משמעותית בסינתזה, שינוי הפוטו-קטליסט.

בשנת 1976 החלה הודס לראשונה את WO 3 על מערכת פיצול המים הקלים, מכאן ואילך, אנשים השיקו מגוון רחב של לימודים במערכת פוטוליזה של מים WO 3. עם השיפור המתמשך של טכניקות הכנת WO3 והעמקת המחקר, מתגלה כי ננו-מבנים WO 3 הם בעלי יכולת פוטו-קטליטית טובה יותר, ולכן הביא מחקר רב. כריסטינו וצוותם השתמשו ביריעת W מתכתית anodized כדי להכין את ה- WO 3 הפוטאנודה המציגה את הביצועים הפוטואלקטרו-כימיים, דינמיקת תעבורת מטען מעולה, בעלת תשואה מימן גבוהה.

הסיבה העיקרית לחומרים מוליכים למחצה ננומטר המושכים תשומת לב רחבה עשויה להיות:

1. בהשוואה לחומר בתפזורת, למוליך למחצה מוליך ננו שטח פנים ספציפי גבוה יותר, יכול לשפר ביעילות את יחס ההמרה;

2. לחומר מוליכים למחצה של ננומטר המרת אנרגיה גבוהה ופוטנציאל עצום.

מערכות חומר אנודה רבות מבוססות על חומר מוליכים למחצה ננומטר, כגון קדמיום גופרתי (CdS), טונגסטן טריוקסיד (WO 3), תחמוצת ברזל (Fe 2 O 3) וכן הלאה.

לטונגסטן דו-חמצני יש את התיאום הנמוך ומציג תגובה טובה לאור הנראה שמשתמש יותר באור השמש, ובכך לקבל את המאפיין הטוב ביותר נגד קורוזיה והובלה של אלקטרונים שנוצרו מצילום; עם זאת, בגלל רצועת ההולכה של טונגסטן טריוקסיד פוטנציאל האלקטרודה של + 0.4 וולט, חיובי לפוטנציאל האלקטרודה של הפחתת התפצלות מים מחצית התגובה H 2 / H2O, כך שלא ניתן להשתמש בו בפוטוליזה של ייצור מימן במים התרמודינמיקה אך ניתן להשתמש בהם לחמצן פוטוליזה במים. המדע מראה כי החלת הטיה מסייעת להזרקת אלקטרונים פוטוגנרטיים למולקולות מים, בדרך כלל מדובר בהטיה מתאימה בפוטוליזה של WO 3 של מערכות מים להתפתחות מימן פוטו-קטליטי.

דו ג'ונפינג וצוותו הכינו חומרים קטלטיים WO 3 עם כמויות שונות של סריום (Ce) מסוממים על ידי sintering שלב מוצק, תוצאות הניסוי הראו כי שלטון החוק, Ce סימום טווח תגובה ספקטרלי של טונגסטן דו תחמוצת כדי להרחיב את השטח הנראה; בנוסף, cerium אינו מוביל לתופעה חדשה של פלואורסצנט, יכול לשפר את עוצמת הקרינה המתאימה של טונגסטן טריוקסיד פוטו-קטליסטים. סימום סימון Ce על ידי הגדלת כמות הפנוי של חמצן בתורו גורם ל Coc / WO 3 פוטו-קטליסט לייצר יותר OH או • O 2, ובכך משפר מאוד את הפעילות הקטליטית הקלה.

לעומת טיטניום דו חמצני, ל- Photocatalyst של WO 3 יש פער רצועה נמוך יותר, ויש לו תגובה טובה לאור הנראה, יכול להשתמש יותר אנרגיה סולארית; בנוסף, במערכת התגובה בפועל של פירוק פוטו-קטליטי של מים, WO 3 יכולה לשמור על עמידות אור מעולה ורכוש הובלת פוטו-אלקטרונים לטווח הרחוק. לפיכך, WO 3 נחשב פוטוליזה זרזית אידיאלית של מים, ומציג יישומים חשובים בתחום פיצול מים סולאריים.