Как фотогенерированные заряды движутся в электролитах?

Фотокатализ включает три ключевых этапа: поглощение света, разделение и перенос зарядов, а также последующую химическую реакцию, которая происходит на границе раздела твердого тела и жидкости. Именно здесь формируется сложная заряженная среда, определяющая кинетику реакции. Большинство исследований до недавнего времени фокусировались на процессах переноса зарядов исключительно внутри твердых фотокатализаторов.
Как фотогенерированные заряды движутся в электролитах?
Изображение носит иллюстративный характер

Понимание того, как поверхностные заряды на границе катализатор-электролит влияют на перенос зарядов, стало критически важным для развития фотокатализа. Однако прямое измерение этих зарядов на наноуровне в электролитах долгое время оставалось серьезной научной проблемой.

В журнале Journal of the American Chemical Society недавно была опубликована работа коллектива под руководством профессоров Фань Фэнтао и Ли Цан из Института химической физики в Даляне (Dalian Institute of Chemical Physics, DICP), входящего в состав Китайской академии наук. Исследователи предложили новый подход к измерению поверхностных зарядов в жидких средах.

Использованная методика основана на применении заряженного зонда, который позволяет изолировать электростатические силы от дальнодействующих взаимодействий. С помощью этого подхода удалось не только получить карту распределения электрического поля в пределах электрического двойного слоя, но и впервые напрямую измерить поверхностный потенциал и фотонапряжение в условиях, максимально приближённых к реальным.

Авторы показали, что поверхностные заряды на границе твердый катализатор — электролит создают дополнительную движущую силу, притягивающую фотогенерированные электроны к поверхности и тем самым ускоряющую реакцию переноса зарядов. Количественный анализ выявил, что локальный поверхностный потенциал в электролите зависит от значения pH, а также продемонстрировал возможность наблюдения этих процессов на микро- и наноуровне.

В работе установлена прямая связь между поверхностным потенциалом и потоком продуктов реакции: скорость фотокаталитической реакции эволюции кислорода определяется электрическим полем, индуцированным поверхностным зарядом. Исследователи определили оптимальный диапазон pH для эффективного пространственного разделения фотогенерированных электронов и дырок, а также визуализировали весь процесс переноса заряда — от области пространственного заряда до активных центров реакции.

Разработанная платформа прямого измерения открывает новые возможности для изучения потенциала поверхности и тока реакции непосредственно в ходе работы системы. Это создает условия для глубокого понимания кинетики переноса зарядов в фотокатализе на наноуровне, проектирования более эффективных фотокатализаторов и оптимизации условий проведения реакций.

Профессор Фань Фэнтао отмечает: «Эта система визуализации предоставляет платформу для прямого измерения поверхностного потенциала и тока реакции в реальных условиях, что дает представление о кинетике переноса зарядов в фотокатализе на наноуровне, проектировании эффективных фотокатализаторов и оптимизации условий реакции». Профессор Ли Цан добавляет: «Наши результаты дают ценные знания для преодоления узких мест фотокаталитических реакций».


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка