Домой » Наука » Наноалмазы могут быть использованы в качестве фотокатализаторов при утилизации углекислого газа

Наноалмазы могут быть использованы в качестве фотокатализаторов при утилизации углекислого газа

Опубликовано: 19.10.2018

Просмотров: 61

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, средний балл: 5,00 из5)
Загрузка...
 
 

Наноалмазы могут быть использованы в качестве фотокатализаторов при утилизации углекислого газа

Изменение климата идет полным ходом и будет продолжаться, пока продолжаются выбросы углекислого газа. Одним из возможных решений является возврат этого самого углекислого газа в энергетический цикл: его можно утилизировать водой в метаноле в качестве топлива, которое можно легко транспортировать и хранить. Однако реакция, которая напоминает частичный процесс фотосинтеза, требует энергии и катализаторов. Разработка светоактивных фотокатализаторов из обычных, легко полученных материалов позволит использовать зеленое не зависящее от климата солнечное топливо.

Кандидатом для таких фотокатализаторов являются так называемые алмазные наноматериалы — к ним относятся наноструктурные углеродные пены с высокой площадью поверхности и крошечные нанокристаллы с несколькими тысячами атомов углерода, которые растворимы в воде и выглядят как черная суспензия. Однако для того, чтобы эти материалы стали каталитически активными, они требуют возбуждения ультрафиолетовым излучением. Только этот спектральный диапазон солнечного света достаточно богат энергией для переноса электронов из материала в свободное состояние. Только тогда сольватированные электроны могут выделяться в воде и реагировать с растворенным углекислого газа с образованием метанола.

Однако ультрафиолетовый компонент в спектре излучения Солнца не очень высок. Фотокатализаторы, которые могли бы также использовать видимый спектр солнечного света, были бы идеальными. Именно здесь работают исследования HZB-ученого Тристана Пети (Tristan Petit) и его партнеров по сотрудничеству в DIACAT: моделирование уровней энергии в таких материалах показывает, что промежуточные этапы могут быть встроены в запрещенную зону путем легирования инородными атомами. Бор, трехвалентный элемент, представляется особенно важным в этом случае.

Поэтому Пети и его команда исследовали образцы поликристаллических алмазов, алмазных пеноматериалов и наноалмазов. Эти образцы ранее были синтезированы в группах Анке Крюгер в Вюрцбурге и Кристофе Небеле во Фрайбурге. Исследователи использовали рентгеновскую абсорбционную спектроскопию для измерения незанятых энергетических состояний, когда электроны могли возбуждаться видимым светом.

«Атомы бора, присутствующие вблизи поверхности этих наноалмазов, фактически приводят к желаемым промежуточным стадиям в запрещенной зоне, — объясняет студент PhD Шеха Чудхури (Sneha Choudhury), первый автор исследования, — Эти промежуточные стадии обычно очень близки к валентным зонам и, таким образом, не позволяют эффективно использовать видимый свет, однако измерения показывают, что это также зависит от структуры наноматериалов».

«Мы можем ввести и, возможно, контролировать такие дополнительные шаги в запрещенной зоне алмаза, специально модифицируя морфологию и допинг», — сказал по этому поводу Тристан Пети, — Стимулирование фосфором или азотом также может предложить новые возможности».

Ранее сообщалось о том, что физикам удалось получить новый топологический электрический изолятор.

Теги: , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Автор: Валерий Днепровский
Статей: 439

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.Необходимы поля отмечены *

*