Фотоелектрохимията е научна дисциплина, която използва принципите както на фотохимията, така и на електрохимията за изследване на взаимодействията между светлина и материали. Той е от съществено значение за много отрасли на науката и технологиите, включително създаването на възобновяема енергия.
Едно от най-важните му приложения
Преобразуването на слънчевата енергия в електрическа или химическа енергия е едно от най-важните приложения на фотоелектрохимията. Когато са изложени на слънчева светлина, фотоелектрохимичните клетки могат да произвеждат електричество. В тези клетки фотоелектродът абсорбира фотони, за да произведе двойки електрон-дупка, които могат да бъдат разделени, за да произведат електрически ток.
Въпреки това, в миналото, фото-електрохимичните материали са били известни с нестабилност, което прави тяхната полезност в производството на електроенергия минимална. Сега изследователски екип от университета в Хамбург, DESY и LMU Мюнхен може да е намерил решение на този проблем чрез задълбочено проучване и разследване.
Условията, позволяващи протичането на фотоелектрохимични процеси, са доста сурови. Използването на слънчева радиация, прилагането на външно напрежение и наличието на химически йони в електролита определят бързо разграждане на повечето фото-електрохимично активни материали с течение на времето. Докато много от тези явления на разграждане все още са до голяма степен неизвестни, разкриването им представлява съществена стъпка към разработването на по-стабилни и ефективни фотоелектрохимични материали.
Обясни в изявление д-р Франческо Кадео от университета в Хамбург.
Подход към изследването като на местопрестъпление
Екипът третира процеса на фотоелектрохимия, сякаш е местопрестъпление и използва различни техники, като спектроскопия и разсейване на рентгенови лъчи, за да проучи атомното подреждане в тези модерни материали. Те се спряха на източника на рентгеново лъчение PETRA III в DESY поради неговата уникална способност да събира модели на разсейване с висока времева разделителна способност.
Когато рентгеновите лъчи взаимодействат с повърхността на материала, цялата радиация се разпръсква под различни ъгли, създавайки характерни модели. При ниски ъгли моделите на разсейване съдържат информация за външната форма на фотоелектрохимичния филм, докато при по-високи ъгли тя разкрива атомната ѝ подредба. За да съберем и двете информации едновременно, използвахме два различни детектора, които предоставиха изключително изчерпателно представяне на структурата на материала по време на фото-електрохимична операция.
Килиан Франк от LMU
С новото си разбиране, придобито от техните изследвания, сега те се надяват да увеличат стабилността на фотоелектрохимичните процеси и да ги превърнат в източник на чиста възобновяема и може би неограничена енергия.
Процесите могат да имат и различни други приложения.
Екологичните приложения на фотоелектрохимията включват елиминиране на примеси и токсини от водата и въздуха. Органичните замърсители могат да бъдат разградени до по-малко опасни химикали чрез фотокаталитични процеси, управлявани от фотоелектрохимията.
И накрая, създаването на нови вещества и катализатори с подобрени възможности за поглъщане на светлина и разделяне на заряда зависи в голяма степен от фотоелектрохимията. Целта на този вид изследване е да се създадат материали, които са ефективни при абсорбиране на различни дължини на светлинните вълни.
Изследването е публикувано в списанието Angewandte Chemie.
Резюме на изследването
CuBi2O4 наскоро се появи като обещаващ фотокатод за фотоелектрохимично (PEC) разделяне на водата. Въпреки това, бързото му разграждане по време на работа в момента поставя ограничение за неговото приложение. Тук докладваме нов метод за изследване на начина на работа на интерфейса полупроводник-електролит по време на работа на PEC чрез повърхностно-чувствително високоенергийно рентгеново разсейване. Откриваме, че бързото намаляване на генерираните фототокове корелира директно с образуването на метална Bi фаза. Освен това показваме, че по-бавното образуване на Cu, както и разтварянето на електрода в контакт с електролита, допълнително влияят върху активността и морфологията на CuBi2O4. Нашето проучване предоставя изчерпателна картина на механизмите на разграждане, засягащи CuBi2O4 електродите по време на работа, и поставя методологичната основа за изследване на процесите на фотокорозия, засягащи широк спектър от PEC материали.
Всичко важно от света на технологиите, директно в пощата ти.
С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.
Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Google Новини, TikTok, Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iPhone, Huawei, Google Chrome, Microsoft Edge и Opera!
