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 »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор корпуса DEEPCOOL CG330 3F

Корпус DEEPCOOL CG330 3F можно назвать недорогим аквариумным вариантом для сборки игрового ПК. Корпус укомплектован тремя вентиляторами с ARGB подсветкой, имеет посадочные места под...

Правда ли, что Луна появилась после столкновения Земли с гигантским объектом?

Люди наблюдают за Луной на протяжении всей своей истории. Интерес вызывает не только внешний вид спутника, но и то прямое влияние, которое он оказывает на Землю. Притяжение Луны управляет морскими...

От полного одиночества до 100 миллионов цивилизаций: почему ученые уже 65 лет ищут жизнь в космосе по уравнению Дрейка

В точных науках и инженерном деле любая формула должна давать конкретный и проверяемый результат. Если один исследователь подставляет в уравнение свои данные и получает одну триллионную долю...

Почему старые телевизоры с кинескопом до сих пор покупают, хотя современные показывают в 4K

Представьте довольно необычную покупку. У человека дома стоит большой телевизор с разрешением 4K, но он ищет на вторичном рынке старый Sony Trinitron с экраном всего 21 дюйм. И желательно с...