新方法增加了阳光，水产生的氢气量

由科比大学的分子Photoscience研究中心Tachikawa Takashi的副教授领导的研究小组成功地开发了一种大大提高了使用赤铁矿光催化剂（* 1）的阳光和水产生的氢气量的策略。欧洲杯线上买球

氢引起了作为可能的下一代能量解决方案的关注，并且可以使用光催化剂从阳光和水生产。为了实现这种切实可行，除了寻找催化剂的新材料之外，还必须开发基础技术以优化光催化剂的潜力。欧洲杯足球竞彩

这次，Tachikawa等。成功生产具有极高导电性的光电极。这仅通过退火赤铁矿（* 2）中晶（* 3，由大约5nm的微小纳米颗粒组成的上部结构）来实现。到透明电极基板。欧洲杯猜球平台赤铁矿可以吸收各种可见光，安全，稳定，廉价。通过该光电码，由光源产生的电子和孔快速分开，同时，大量孔密集积聚在颗粒的表面上。欧洲杯猜球平台孔的积累提高了水氧化反应的效率;水的缓慢氧化先前是水分裂的瓶颈。

除了促进以最高效率的高效率成为世界上最高的PhotoNode的效率之外，该策略还将通过大学和行业之间的合作应用于人造光合作用和太阳能水分裂技术。

这些结果将在德国在线化学期刊上发表Angewandte Chemie国际版'4月30日。此工作也在内部封面中得到特色。

要点：

• 通过累积和烧结小于10纳米的微小高度取向纳米颗粒，在赤铁矿间晶体中形成许多氧空位（* 5）。欧洲杯猜球平台
• 氧空位的存在改善了光催化剂电极的导电性，同时使其成为显着的表面电位梯度，从而促进电子和孔的分离。
• 同时，大量的孔移动到颗粒的表面，允许从水中的高氧气进化速率。欧洲杯猜球平台这使研究人员能够实现世界上赤铁矿阳极的最高太阳能水分性能。
• 这种策略可以应用于各种光催化剂，从太阳能分裂开始。

研究背景

随着世界观越来越多的环境和能源问题，氢气被引起了作为可能的下一代能源之一。理想情况下，光催化剂可用于将水和阳光转化为氢气。然而，需要超过10％的太阳能转换速率，以便在工业上采用这种系统。利用日本在新材料发现中的优势，建立一个共同的基础技术至关重要，可以解锁欧洲杯足球竞彩光催化剂的潜力，以实现这一目标。

以前，Tachikawa等人。开发了“中晶技术”，涉及精确地对准光催化剂中的纳米颗粒以控制电子和孔的流动。欧洲杯猜球平台最近，他们将这种技术应用于赤铁矿（A-FE）₂O._3.），并成功地显着提高了转换率。

这一次，通过在赤铁矿中合成微小的纳米粒子亚基，它们能够将转化率高达42％的理论极限（16％）。

研究方法论

MesoCrystal技术：

导致光催化反应转化率下降的主要问题是通过光重组产生的电子和孔可以在表面上与分子（在这种情况下，水）反应。Tachikawa等人。通过溶剂热合成（* 7）用高取向的纳米颗粒产生赤铁矿间晶体上层建筑。欧洲杯猜球平台它们能够通过在透明电极基板上积聚和烧结中间晶体（图1）来开发用于水分裂的导电性晶体光电池。

光催化剂形成和性能：

通过将透明电极基板与含有钛的赤铁矿间晶体涂覆，然后在700ºC下退火来制备MesoCrystal光桥。将助催化剂（* 8）沉积在中间晶体的表面上。当将光催化剂置于碱性溶液中并用人工阳光照射时，在1.23V的施加电压下以55macM-2的光电流密度发生水分解反应（图1）。这是赤铁矿世界上实现的最高性能，这是由于其低成本和光吸收性能引起的最理想的光催化剂材料之一。欧洲杯足球竞彩此外，赤铁矿间晶体晶体晶体稳定在100小时内重复实验期间稳定地运行。

实现高转化率的关键是构成中晶结构的纳米颗粒的尺寸。欧洲杯猜球平台通过使纳米颗粒小至5nm并增加纳米颗粒之间的连接界面，可以大大增加在烧结过程中形成的氧空位量。欧洲杯猜球平台这提高了电子密度，并且显着增加了中间晶体的导电性（图2）。

高电子密度连接到在中间晶表面附近的大带弯曲（* 9）的形成。这促进了初始电荷分离，并使孔更容易积聚在表面上。该结果由于中间晶体的微小纳米粒子结构而得到了优化，并提高了一种用于有效水分裂的瓶颈的水氧化反应（图3）。

进一步的研究

该研究表明，中晶技术能够显着地减少重组问题，这是光催化剂效率低的主要原因，并指数加速水分裂反应。

希望该策略也可以应用于其他金属氧化物。接下来，研究人员将与行业合作，优化赤铁矿间晶体光电池，并实施从太阳灯生产氢的工业系统。与此同时，本研究开发的策略将适用于各种反应，包括人造光合作用。

致谢

通过以下支持，实现了这些成功的结果：

日本科技机构（JST欧洲杯线上买球）的一步（适应和无缝技术转让方案通过目标驱动的研发）的行业 - 学术协作阶段：“高效赤铁矿内蒙古光电电极对太阳能 - 氢的社会实施生产系统（公司：Kaneka Corporation，研究员：Tachikawa Takashi）。

'基于高度有序的纳米粒子上层建筑的高效光转换系统的创建。（研究人员：Tachikawa Takashi），作为JST的战略基础研究计划“Presto”在研究领域的超级纳米空间设计，朝着创新功能（研究主管：Kuroda Kazuyuki，科学与工程学院教授，​​Wasa大学欧洲杯线上买球）。

词汇表

1.光催化剂：一种可用于涉及光照照明的反应的催化剂的材料。将光催化剂施加到吸收光的基板上。用作电极，它也可以称为光催化剂阳极或光电码。在该研究中，使用光催化剂来通过分离水分子来产生氢以产生氢。

2.赤铁矿：一种氧化铁矿石。除了安全，廉价且稳定（pH> 3）外，赤铁矿可以吸收各种可见光（约600nm以下）。其太阳能谈话效率的理论极限为16％（光电流密度为13 mac^-2）。

3. MesoCrystal：由高度对准的纳米颗粒组成的多孔晶体上层结构。欧洲杯猜球平台数百纳米或微米小，它们在纳米颗粒之间具有2至50纳米之间的孔。欧洲杯猜球平台

4.人造光合作用：方法是人工重新创建光合作用，这是植物将阳光，水和二氧化碳转化为碳水化合物和氧气的方式。人造光合作用也可用于生产其他有用的化合物。

5.氧气空位：内蒙古结构内部，有空间没有氧气，这些都称为氧空位（VO）。在赤铁矿中，这些氧空位的创建增强了导电性，因为Fe³⁺是脱氧的，变成铁²⁺（氧气分子移动以填补空缺）。

6.光能转换效率：反应（输出）中使用的光颗粒的量除以输入的光颗粒的量。欧洲杯猜球平台这表示为百分比。

7.溶剂质方法：在高温和高压下使用溶剂合成固体的方法。

8.助催化剂：与光催化剂一起使用的物质以提高催化反应。在该研究中，使用磷酸钴离子（Co-PI）作为助催化剂以促进氧气产生。

9.频带：导电带和价带是电子和它们的孔可以占据的带。在半导体中，价带和导带之间存在小的带隙，当施加一定量的能量时，允许合理数量的价电子移动到导电中。当导通带中的电子密度增加时，它们朝向表面移动，形成向上曲线。

10.光导AFM(原子力显微镜):使材料的电特性的纳米级分析成为可能。在当前的研究中，我们使用405 nm波长的LED光照亮单个介晶颗粒，测量它们的电流。欧洲杯猜球平台

来源：https://www.kobe-u.ac.jp/en/index.html.