Lapisan baru merupakan terobosan untuk bahan bakar hidrogen
Energy

Lapisan baru merupakan terobosan untuk bahan bakar hidrogen


Kredit: Sekolah Teknik dan Sains Terapan Yale

Fotokatalisis menggunakan partikel dalam air merupakan teknologi yang menjanjikan untuk menghasilkan bahan bakar dari sinar matahari. Namun, salah satu kendala utama untuk memproduksi bahan bakar surya ini dengan harga murah dan berlimpah adalah bahwa hal itu membutuhkan semikonduktor yang efisien tetapi rentan terhadap korosi.

Dalam terobosan yang mengatasi tantangan ini, laboratorium Shu Hu, asisten profesor Teknik Kimia & Lingkungan, telah menemukan solusi dengan lapisan pertama dari jenisnya. Hasilnya dipublikasikan di Prosiding National Academy of Sciences.

Sistem pemisahan air — yang memecah air menjadi hidrogen dan oksigen — membutuhkan bahan semikonduktor dengan celah pita yang sempit (sifat yang memungkinkan untuk menyerap lebih banyak sinar matahari), yang secara efisien mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Meskipun bahan-bahan ini dapat dengan mudah menangkap sinar matahari, semuanya menimbulkan korosi di bawah penerangan melalui reduksi diri atau oksidasi diri. Ini adalah tantangan yang telah dicoba dipecahkan oleh para peneliti selama lebih dari setengah abad. Strategi untuk melindungi bahan-bahan ini cenderung membatasi kemampuannya untuk memisahkan muatan elektron negatif dan lubang positif, sebuah proses yang penting untuk fotokatalisis tetapi lebih sulit dicapai daripada sistem lain, seperti sel surya. Biasanya, lapisan yang dirancang untuk melindungi sistem ini hanya melindungi satu dari dua elektroda sistem, yaitu katoda atau anoda, membatasinya untuk memungkinkan pengangkutan elektron atau lubang — tetapi tidak keduanya.

“Tetapi untuk membuat jenis baru fotokatalis ini untuk koevolusi dua reaksi, kami tahu bahwa kami perlu membuat dua muatan yang dihasilkan dalam bahan penyerap cahaya (dikenal sebagai photoabsorber) berpindah melalui lapisan untuk mencapai reaksi reduktif dan oksidatif. situs — di mana elektron ditambahkan atau dihilangkan — keduanya terletak di permukaan, “kata Hu.

Tianshuo Zhao, penulis utama studi tersebut, mengatakan membuat lapisan yang memungkinkan kedua reaksi tersebut akan menjadi langkah besar. Melakukan hal itu dengan sukses akan “meningkatkan efisiensi matahari-ke-hidrogen ke tingkat yang lebih tinggi.”

“Kami telah mengembangkan strategi perlindungan yang sangat efektif untuk semikonduktor celah pita sempit ini, menstabilkannya selama fotoreaksi, yang membutuhkan lebih dari desain pelindung tradisional,” kata Dr. Zhao, rekan postdoctoral di lab Hu.

Para peneliti menciptakan lapisan setebal 3 nanometer. Terbuat dari titanium oksida di lab Hu, lapisan tersebut secara selaras membungkus photoabsorber. Dimuat ke lapisan adalah nanopartikel logam yang berfungsi sebagai ko-katalis. Struktur ini memungkinkan fotokatalis untuk melakukan reaksi yang berbeda di situs kokatalis dan permukaan lapisan telanjang secara bersamaan. Sistem ini dirancang untuk meningkatkan skala dengan mudah, dan telah mencapai rekor efisiensi konversi energi setinggi 1,7% dengan semikonduktor celah pita sempit, sementara tetap stabil selama lebih dari 150 jam, periode yang jauh lebih lama dibandingkan dengan sistem lain dari bahan serupa .

“Kombinasi pelapis dan kokatalis memungkinkan elektron dan lubang untuk dipindahkan secara terpisah melalui lapisan dengan desain dengan rekombinasi minimum,” kata Hu. “Itu membuat generator bahan bakar surya berbasis partikel ini bekerja.”


Lapisan semikonduktor baru dapat membuka jalan bagi bahan bakar ramah lingkungan di masa depan


Informasi lebih lanjut:
Tianshuo Zhao dkk. Strategi pelapisan untuk mencapai pemisahan muatan lokal yang efektif untuk koevolusi fotokatalitik, Prosiding National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2023552118

Disediakan oleh Yale School of Engineering and Applied Science

Kutipan: Pelapisan baru adalah terobosan untuk bahan bakar hidrogen (2021, 9 Februari) diakses 9 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-coating-breakthrough-hydrogen-fuel.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK