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

Они правили морями задолго до динозавров, но их ближайший родственник — морской червь: от кого произошли первые панцирные животные?

Более пятисот миллионов лет назад, в начале кембрийского периода, на планете произошел резкий скачок биологического разнообразия. В океанах появились практически все современные типы многоклеточных...

Чувствуют ли кошки стресс хозяина: ученые выяснили, как питомцы реагируют на наши гормоны

Взаимодействие человека и домашних животных привлекает внимание биологов уже несколько десятилетий. Однако подавляющая часть накопленных научных данных касается собак. Исследования неоднократно...

Зачем на советских усилителях была кнопка „Тонкомпенсация“ и когда её стоило нажимать

Стоило вечером убавить громкость, и знакомая запись словно теряла часть звучания. Голос оставался хорошо различимым, а бас становился слабее, ударные — менее выразительными. Нажатие...

На статуях Терракотовой армии нашли 79 отпечатков пальцев: кто создавал глиняную армию императора

Весной 1974 года крестьяне, копавшие колодец недалеко от китайского города Сиань, наткнулись на твердые обожженные черепки и глиняные головы. Вскоре на это место прибыли археологи. Так начались...

Карболит: куда исчезла знаменитая чёрная пластмасса СССР, из которой делали практически всё

В СССР из карболита делали корпуса радиоприёмников, выключатели, электрические вилки, ручки кастрюль и множество других бытовых вещей. Эти вещи служили десятилетиями и до сих пор встречаются в...