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.
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».
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».