С помощью атомно-силового микроскопа снабжен наконечником электрод в 1000 раз меньше человеческого волоса, исследователи Университета Орегона определили в реальном времени, как наноразмерных катализаторов собирать обвинения, которые возбуждаются светом в полупроводниках.
Как сообщается в журнале Nature материалы, они обнаружили, что размер каталитических частиц уменьшается ниже 100 нанометров коллекции возбужденных положительных зарядов (дырок) становится гораздо более эффективным, чем сбор возбужденные отрицательные заряды (электроны). Это явление мешает возбужденном положительных и отрицательных зарядов рекомбинирующих и, следовательно, повышает эффективность системы.
Полученные результаты открывают дверь к усовершенствованию систем, которые используют свет, чтобы сделать химических веществ и топлива, например, путем расщепления воды на водород газа или путем объединения диоксида углерода и воды до углеродного топлива или химических веществ, Шеннон сказал В. Ботчер, профессор УО отдел химии и биохимии, член университета материаловедения Института.
«Мы нашли принцип дизайна, который указывает на оформление каталитических частиц очень малы, потому что в физике на том интерфейсе, который позволяет увеличить эффективность», — сказал Ботчер. «Наша методика позволила наблюдать за потоком возбужденных зарядов с нано-разрешением, что актуально для устройств, которые используют каталитические и полупроводниковые компоненты для производства водорода, который можно сохранить для использования, когда солнце не светит.»
В исследовании, команда Ботчер использовали модельную систему, состоящую из четко определенных монокристаллической кремниевой пластины с покрытием металлический никель наночастицы различных размеров. Кремний, который поглощает свет и создает вызвал положительные и отрицательные заряды. Никель наночастицы затем выборочно собирать положительные заряды и ускорения реакции на эти положительные заряды с электронами в молекулах воды, потянуть их друг от друга.
Ранее, Ботчер сказал, исследователи могли только измерить средний ток движется по такой поверхности и среднего напряжения, генерируемого света, попадающего в полупроводник. Чтобы посмотреть поближе, его команда сотрудничали с Bruker нано поверхностей, изготовление УО по атомно-силового микроскопа изображения топографии поверхности, коснувшись острым кончиком над ним-так же, как слепой человек, постукивая тростью — развивать умения, необходимые для измерения напряжения на наноуровне.
Как кончик электрода, коснулся каждого из наночастиц никеля, исследователям удалось зафиксировать нарастание отверстий путем измерения напряжения — подобно тому, как одна тесты выходного напряжения от батареи.
Удивительно, напряжения, измеренного как устройство действует сильно зависит от размера наночастиц никеля. Мелкие частицы были способны лучше выбрать для сбора возбужденных положительных зарядов над отрицательными зарядами, снижая скорость заряда рекомбинации и генерации высоких напряжений, что лучше разделить молекулы воды.
Ключ, Ботчер сказал, что окисление никеля на поверхности наночастицы приводит к барьеру, как пересекающихся хребтов в горной долине, что мешает отрицательно заряженных электронов, протекающего в катализатор и уничтожает положительно заряженные дырки. Этот эффект был назван «пережимным» и было предположить, чтобы произойти в твердотельных устройств в течение десятилетий, но никогда прежде не наблюдаемые непосредственно в топливо-формирование фотоэлектрохимических системах.
«Этот новый метод является общим средством для исследования состояния наноразмерных объектов в электрохимических средах», — сказал ведущий автор исследования Форрест Ласковски, который был Национальным научным фондом выпускник научный сотрудник в лаборатории по Ботчер. «Пока наши результаты полезны для понимания фотоэлектрохимического аккумулирования энергии, метод может более широко применяться для изучения электрохимических процессов в активно-операционных систем, таких как топливные элементы, аккумуляторы, или даже биологических мембран.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!