Ssylka

Спутниковый пик: ключ к эффективности водного расщепления

Производство водорода посредством фотоэлектрохимического (PEC) водного расщепления рассматривается как перспективная альтернатива ископаемым видам топлива. Процесс использует фотоанод, например диоксид титана (TiO₂), для поглощения солнечного света и генерации кислорода, тогда как водород выделяется на катоде. Основная проблема технологии заключается в рекомбинации электронов и дырок до завершения реакции.
Спутниковый пик: ключ к эффективности водного расщепления
Изображение носит иллюстративный характер

Исследование, опубликованное 22 февраля 2025 года в Journal of the American Chemical Society, подготовлено доктором Йохеи Чо из Японского передового института наук и технологий (JAIST) и профессором Фумиаки Амано из Токийского муниципального университета. В работе также приняли участие специалисты из Institute of Science Tokyo, Imperial College London и Swansea University.

Применение интенсивно-модулированной фототоковой спектроскопии (IMPS) совместно с анализом распределения времен релаксации (DRT) обеспечивает возможность отслеживания электронной динамики в реальном времени. Методика позволяет выявлять ранее неразделимые особенности переноса заряда без опоры на заранее заданные модели электрических цепей, что способствует более точной оценке эффективности процесса.

Анализ показал, что потери энергии возникают по трем различным механизмам рекомбинации. Рекомбинация, вызванная избыточным проникновением света (OPR), наблюдается при высоких напряжениях, рекомбинация, обусловленная накоплением фотогенерированных дырок (EHR), характерна для средних напряжений, а обратная рекомбинация (BER) происходит при низких напряжениях, когда дырки соединяются с возвращающимися электронами. При этом изменение интенсивности освещения корректирует характер протекающих процессов.

Новое исследование выявило ранее неизученное явление, обозначенное как «спутниковый пик», связанное с медленной реакцией. Открытие спутникового пика имеет решающее значение, так как помогает определить узкое место в процессе водного расщепления. По словам доктора Чо: «Открытие спутникового пика имеет решающее значение, так как помогает нам определить узкое место в процессе водного расщепления. Решив эту проблему, можно значительно повысить эффективность PEC-систем.»

Подход, разработанный в исследовании, находит применение не только в производстве водорода, но и в процессах редукции углекислого газа, обработке сточных вод, а также создании самоочищающихся и антибактериальных поверхностей. Выявленные механизмы рекомбинации позволяют оптимизировать фотокаталитические системы для широкого спектра экологических и энергетических задач.

Разработка новых полупроводниковых материалов с существенно повышенной эффективностью водного расщепления может снизить зависимость от ископаемых источников энергии и ускорить переход к устойчивой энергетике в ближайшие пять–десять лет. Профессор Амано отметил: «Наш подход широко применим ко многим фотокаталитическим системам. Понимая и минимизируя потери, связанные с рекомбинацией, мы можем оптимизировать материалы для множества энергетических и экологических приложений.»


Новое на сайте

18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на... 18575Почему космический мусор стал реальной угрозой для пилотируемых миссий? 18574Зеленый свидетель: как мох помогает раскрывать преступления 18573Инфраструктурная гонка ИИ: Anthropic инвестирует $50 миллиардов для Claude