2020年8月7日
在对抗气候变化,科学家寻找方法来取代化石燃料和氢燃料等清洁替代能源。
设备称为光电化学电池(压电)有可能通过人工光合作用产生氢燃料,一个新兴的可再生能源技术,使用来自太阳光的能量来驱动等化学反应把水分解成氢气和氧气。
压电陶瓷的成功的关键不仅在于如何与光的光电极反应产生氢气,而且氧气。一些材料欧洲杯足球竞彩可以做得很好,根据这一理论,一个名为钒酸铋的无机材料(BiVO4)是一个很好的候选人。
然而这项技术仍然是年轻,该领域的研究人员一直在努力做一个BiVO4光电极,其潜在的生活在压电陶瓷设备。现在,在《华尔街日报》报道小,科学家领导的研究团队在美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室联合中心(伯克利实验室)和人工光合作用(JCAP),美国能源部能源创新中心,获得了重要的新的见解可能发生在纳米(十亿分之一米)持有BiVO4回来。
“当你做一个材料,比如像钒酸铋的无机材料,你可能会认为,只要用肉眼看,材料是均匀的和均匀的,”资深作者弗朗西斯卡托马说,科学家在JCAP伯克利实验室的化学科学部门。欧洲杯线上买球“但是当你可以看到细节材料在纳米尺度上,突然你认为均匀实际上是异类——一个不同的属性和化学成分。如果你想提高光电极材料的效率,你需要知道更多关于在纳米尺度上发生了什么。”
x射线和模拟清晰成为关注焦点
在先前的研究支持的实验室研究和发展项目,生田斗真作者约翰娜伊奇霍恩说发明了一种特殊的技术使用原子力显微镜在伯克利实验室JCAP实验室来捕获图像的钒酸铋薄膜在纳米尺度上了解材料的属性会影响其性能的人工光合作用设备。(伊奇霍恩说,沃尔特·肖特基研究所世卫组织目前正在德国慕尼黑工业大学的研究员在伯克利实验室的化学科学部门的研究。)欧洲杯线上买球
当前的研究基础上,开创性工作通过使用扫描透射x射线显微镜(STXM)伯克利实验室的先进光源(ALS) (https://als.lbl.gov/),同步用户设备,在地图上标出更改薄膜半导体材料制成的钼钒酸铋(Mo-BiVO4)。
研究人员用钒酸铋光电极的案例,因为材料能吸收光在太阳光谱的可见范围,与催化剂相结合时,其物理属性允许使氧气在水分解反应。钒酸铋是为数不多的材料,能做到这一点,在这种情况下,添加少量的钼BiV欧洲杯足球竞彩O4某种程度上改善其性能,生田斗真解释道。
当水被分成H2 O2, hydrogen-hydrogen和oxygen-oxygen债券需要形式。但如果任何一步水分解是不同步,会发生不必要的反应,这可能导致腐蚀。”如果你想扩大材料变成商业水分解装置,没有人希望降低。所以我们想开发一个地图技术,哪些地区在制造氧气,在纳米尺度上是最好的”生田斗真解释道。
托马与ALS科学家大卫•夏皮罗和她的团队使用STXM采取高分辨率纳米测量颗粒的薄膜材料退化的Mo-BiVO4应对水分解反应引发的光和电解质。
“化学异质性在纳米尺度下材料会导致有趣的和有用的属性,和几个显微技术能探测到物质材料的分子结构在这个规模,”夏皮罗说。“STXM仪器先进光源是非常敏感的探针,可以无损量化这一异质性高空间分辨率,因此可以提供一个深入了解这些属性。”
临时部门主任大卫·普伦德加斯特分子铸造和塞巴斯蒂安Reyes-Lillo前铸造博士后研究员,帮助团队理解Mo-BiVO4如何回应光通过开发计算工具来分析每个分子的光谱“指纹”。Reyes-Lillo目前安德烈斯贝罗大学教授在智利和分子铸造用户。分子铸造是一种纳米科学研究中心国家用户设备。欧洲杯线上买球
“Prendergast技术是强大的,”生田斗真说。“通常当你有复杂的异构材料制成的不同原子,得到的实验数据不容易理解。欧洲杯足球竞彩这种方法告诉你如何解释这些数据。如果我们有一个更好的理解这些数据,我们可以创建更好的策略让Mo-BiVO4光电极更不容易遭受腐蚀在水分解。”
Reyes-Lillo托马补充说,使用这种技术和工作在JCAP启用Mo-BiVO4有更深一层的认识,否则不可能。“的方法揭示了特定于元素的化学指纹当地材料的电子结构,使它特别适合于研究在纳米尺度上的现象。我们的研究代表了一步改善半导体太阳能燃料BiVO4-based材料性能的技术,”欧洲杯足球竞彩他说。
下一个步骤
研究人员下一步准备进一步发展这一技术通过STXM图像材料时操作,这样他们就可以了解材料作为光电极上的化学变化过程,在派克模型系统。
“我非常自豪的工作。我们需要寻找化石燃料的替代方案,我们需要可再生替代。即使这项技术还没有准备好明天的市场,我们的技术,以及强大的工具提供给用户在先进的光源和分子铸造——将开辟新的航线可再生能源技术做出贡献。”
合作者与托马和伊奇霍恩说包括贾森·k·库珀,大卫·m·拉尔森Sebastian Reyes-Lillo大卫·普伦德加斯特Shawn Sallis伊恩·d·夏普,Subhayan Roychoudbury,和约翰内斯·韦斯兴起。
这项工作是由美国能源部科学办公室和伯克利实验室的实验室研究和发展项目。欧洲杯线上买球
人工光合作用的联合中心是美国能源部能源创新中心。分子的铸造和先进光源能源部科学办公室用户在伯克利实验室设施共存。欧洲杯线上买球
来源:http://www.lbl.gov/