Прорыв в электрохимии: потенциал электрода создал активные центры на полупроводнике

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Ученые из Университета Ювяскюля обнаружили механизм, который позволяет получать зелёный водород с помощью полупроводниковых электродов. В основе открытия — поведение диоксида титана при изменении электрического потенциала. Когда потенциал снижается, отдельный атом титана на поверхности приобретает отрицательный заряд. Это запускает образование так называемых полярронов — локализованных центров заряда, которые и становятся активными площадками для реакции выделения водорода.

Автор: VCG Источник: www.gettyimages.in

Раньше считалось, что эффективные катализаторы для электролиза воды должны быть металлическими, часто с использованием дорогих элементов вроде платины. Новая работа показала, что полупроводники могут работать не хуже, а в некоторых аспектах и лучше. Профессор Каролийна Хонтала и старший преподаватель, научный сотрудник Академии, отметили, что полупроводниковые материалы позволяют задействовать более распространённые и доступные элементы, что критически важно для масштабирования технологии.

Команда применила метод атомного моделирования с постоянной внутренней плотностью функционала, чтобы отследить, как именно изменение потенциала электрода влияет на поверхность TiO₂. Расчёты, проведённые совместно с партнёрами, предсказали: локальные зарядовые центры — полярроны — возникают на поверхности оксида титана и катализируют реакцию выделения водорода. Чтобы подтвердить эти выводы, потребовались сложные эксперименты: фотоэлектрохимическая рамановская спектроскопия, электронно-резонансная спектроскопия in situ и операндо-фотоэлектронная спектроскопия. Хонтала подчеркнула, что эксперименты коллег были крайне трудоёмкими и длительными, однако именно они напрямую доказали: управление потенциалом электрода действительно создаёт полярроны на поверхности полупроводника, и эти центры запускают нужную реакцию.

Особенность открытия в том, что образование полярронов под контролем потенциала электрода — явление, ранее не описанное в электрохимии. На обычных металлических электродах такого не происходит. Исследователи полагают, что этот механизм можно будет использовать при проектировании новых катализаторов. Хонтала и Меландер указали, что полярроны позволяют полупроводниковым электродам обходить так называемые скейлинговые соотношения — эмпирические закономерности, которые на металлических поверхностях жёстко ограничивают максимально достижимую каталитическую активность. Обход этих ограничений открывает путь к принципиально новым подходам в дизайне материалов для водородной энергетики.

Источник: interestingengineering

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Часы, которые всегда выглядят дороже своей стоимости — на примере хронографа Continental

Часы-хронографы всегда выглядят роскошнее и богаче, потому что - сложнее. Дополнительные циферблаты, множество стрелок, пускай в обычной жизни используемых не так уж часто, обогащают...

Почему в СССР свинушки считали съедобными, а потом признали ядовитыми, хотя их ели десятилетиями

В 1980 году в СССР вышел справочник «Грибы СССР», в котором свинушка тонкая ещё считалась пригодной в пищу после отваривания. Правда, авторы сделали небольшую оговорку: некоторые исследователи...

Когда на самом деле пал Вавилон: древние деревья Европы раскрыли дело давностью 3500 лет

Месопотамия второго тысячелетия до нашей эры — один из самых подробно описанных регионов Древнего мира. На территории современного Ирака и соседних стран археологи нашли десятки тысяч...

«Снежеть-110»: магнитофон первого класса с архитектурой высшей группы

В начале 1985 года Брянский электромеханический завод запустил серийное производство катушечного магнитофона «Снежеть-110-стерео». По заводскому паспорту аппарат относился к первому классу...

Когда Средиземное море почти высохло: что осталось на дне и можно ли было туда спуститься

Представьте, что море отступило не на несколько метров, а почти на два километра вниз. Бывший берег оказался далеко наверху. Между Европой и Африкой открылись огромные пространства, а оставшаяся...

A4TECH Bloody MS76 Plus — обзор механической клавиатуры с горячей заменой магнитных свитчей и частотой опроса 8000 Гц

Сегодня на обзоре обновленная модель MS76 Plus от A4Tech Bloody. У нее также съемные магнитные свитчи и весь список заведенных функций этих переключателей, что и у MS76. В основе расширенного...