Боковые легированные наноалмазы могут значительно улучшить фотокатализ

Считается, что алмазные наноматериалы являются первыми кандидатами на экономически эффективные фотокатализаторы. Свет используется для активации этих материалов и повышения скорости реакции для СО 2 и воды для получения нейтральных углеродом «солнечных топлив».

Допированная алмазная пена. (Кредит: П. Книттель / Фраунгофер IAF)

В рамках проекта DIACAT, проекта ЕС, ученые недавно применили алмазные наноматериалы с бором и продемонстрировали, как этот метод значительно улучшает фотокатализ.

CO 2 выбросы вносят значительный вклад в изменение климата, и мы вряд ли сможем в ближайшее время снизить выбросы. Таким образом, повышение эффективности реакций жизненно важно.

Одна из концепций заключается в возврате CO 2 к энергетическому циклу: CO 2 может быть обработан водой, чтобы превратить его в метанол – топливо, которое можно легко транспортировать и хранить.

Реакция, которая указывает на частичный процесс фотосинтеза, нуждается в катализаторах и энергии.

Эффективное использование этой солнечной энергии и разработка светоактивных фотокатализаторов, изготовленных из дешевых и обильно доступных материалов, позволяли бы получать «зеленое» солнечное топливо в нейтральном климате.

Алмазные наноматериалы нуждаются в УФ для активации.

Алмазные наноматериалы – недорогие, мелкие нанокристаллы нескольких тысяч атомов углерода. Они растворимы в воде и более похожи на черную суспензию или наноструктурированные «углеродные пены» с высокой площадью поверхности.

Эти наноматериалы являются перспективным кандидатом на производство метанола. Однако эти материалы требуют, чтобы ультрафиолетовый свет становился каталитически активным.

Этот спектральный диапазон солнечного света богат изобилием энергии и позволяет переносить электроны из материала в «свободное состояние», после чего сольватированные электроны выделяются в воде и дают возможность взаимодействовать с растворенным СО 2 для получения метанола.

Может ли помощь допинга?

И наоборот, УФ-компонент в спектре Солнца не очень высок. Фотокатализаторы, которые также могут использовать видимый спектр солнечного света, были бы идеальными.

Именно здесь предпринимаются усилия HZB-исследователя Тристана Пети и его партнеров по сотрудничеству в DIACAT.

Они обнаружили, что, моделируя уровни энергии в таких типах материалов, можно построить промежуточные этапы внутри запрещенной зоны путем легирования инородными атомами.

Трехвалентный элемент бор кажется особенно важным.

Пети и его команда проанализировали образцы наноалмазов, алмазных пенопластов и поликристаллических алмазов.

Атомы бора, присутствующие вблизи поверхности этих наноалмазов, приводят к желаемым промежуточным стадиям в запрещенной зоне.

Эти промежуточные стадии обычно очень близки к валентным зонам и, следовательно, не позволяют эффективно использовать видимый свет.

Измерения, однако, показывают, что это также зависит от структуры наноматериалов ».

Sneha Choudhury, первый автор

Source link