새로운 나노결정이 수소 생산을 위해 전체 태양 스펙트럼을 활용합니다

27년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 지구가 받는 햇빛은 자외선에서 가시광선, 적외선에 이르는 파장이 혼합된 주머니입니다. 각 파장은 효과적으로 활용될 경우 태양열 수소 생산을 촉진하고 재생 불가능한 에너지원에 대한 의존도를 줄일 수 있는 큰 잠재력을 지닌 고유한 에너지를 전달합니다. 그럼에도 불구하고 기존 태양광 수소 생산 기술은 이 넓은 스펙트럼에 걸쳐 빛을 흡수하는 데 한계가 있으며, 특히 지구에 도달하는 NIR 빛 에너지의 잠재력을 활용하지 못합니다. 최근 연구에 따르면 Au와 Cu가 모두7S4 나노구조는 다음과 같은 독특한 광학 특성을 나타냅니다. 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR). 가시광선부터 NIR 스펙트럼까지의 파장을 흡수하도록 정밀하게 조정될 수 있습니다. Tso-Fu Mark Chang 부교수, Tokyo Institute of Technology의 Chun-Yi Chen 강사, 국립 Yang Ming Chiao Tung University의 Yung-Jung Hsu 교수가 이끄는 연구팀은 이러한 가능성을 포착하고 혁신적인 Au@Cu를 개발했습니다.7S4 가시광선과 근적외선에 노출되면 수소를 생산할 수 있는 yolk@shell 나노결정. 그들의 연구 결과는 자연 통신 (“이중 플라즈몬 Au@Cu7S4 가시광선부터 근적외선 스펙트럼 영역에 걸쳐 광촉매 수소 생산을 위한 yolk@shell 나노결정”). 이중 플라즈몬 광촉매를 사용한 가시광선~근적외선 영역의 수소 생산 이 광범위한 스펙트럼 반응 광촉매 시스템은 최첨단 태양 연료 생성 기술 개발의 길을 열 수 있습니다. (이미지: Tokyo Tech) “우리는 최근 잠재적인 녹색 에너지원으로서 광범위한 스펙트럼을 기반으로 하는 수소 생산이 추진력을 얻고 있다는 것을 깨달았습니다. 동시에 우리는 NIR 조사에 반응할 수 있는 광촉매에 대해 현재 이용 가능한 옵션이 많지 않다는 것을 확인했습니다.”라고 Hsu 박사와 Chang 박사는 말합니다. “그래서 우리는 두 가지 유망한 나노구조인 Au와 Cu를 결합하여 하나를 만들기로 결정했습니다.7S4, 맞춤형 LSPR 기능을 갖추고 있습니다.” 연구팀은 Au@Cu 합성에 이온교환반응을 활용했다.7S4 구조적 및 광학적 특성을 조사하기 위해 고해상도 투과 전자 현미경, X 선 흡수 분광학 및 일시적 흡수 분광학을 사용하여 나노 결정을 분석했습니다. 이러한 조사를 통해 Au@Cu가 확인되었습니다.7S4 이중 플라즈몬 광학 특성이 부여된 yolk@shell 나노 구조가 특징입니다. 더욱이, 초고속 분광학 데이터에 따르면 Au@Cu7S4 가시광선과 NIR 광선 모두에 노출되었을 때 수명이 긴 전하 분리 상태를 유지하여 효율적인 태양 에너지 변환 가능성을 강조합니다. 연구팀은 Au@Cu에 내재된 yolk@shell 나노구조를 발견했습니다.7S4 나노결정은 광촉매 능력을 눈에 띄게 향상시켰습니다. “중공 껍질 내의 제한된 공간은 분자 확산 역학을 개선하여 반응성 종 간의 상호 작용을 증가시켰습니다. 또한 노른자 입자의 이동성은 반응 용액을 효과적으로 교반할 수 있기 때문에 균질한 반응 환경을 구축하는 데 중요한 역할을 했습니다.”라고 Chen 박사는 설명합니다. 결과적으로, 이 혁신적인 광촉매는 가시광선 범위(9.4 nm)에서 500%의 최고 양자 수율에 도달했고, 수소 생산을 위한 NIR 범위(7.3 nm)에서 2200%의 양자 수율이라는 기록적인 기록을 달성했습니다. 특이하게도 기존 광촉매 시스템과 달리 이 새로운 접근 방식은 수소 생산 반응을 향상시키기 위해 조촉매가 필요하지 않습니다. 전반적으로, 이 연구는 놀라운 수소 생산 능력과 광범위한 빛 스펙트럼에 대한 감도를 자랑하는 태양열 연료 생성을 위한 지속 가능한 광촉매 플랫폼을 소개합니다. Au 및 Cu의 LSPR 특성을 활용할 수 있는 잠재력을 보여줍니다.7S4 이전에 개발되지 않은 NIR 에너지를 효과적으로 포착합니다. Hsu 박사와 Chang 박사는 "우리는 우리의 발견이 자가 도핑된 비화학양론적 반도체의 LSPR 특성을 조정하는 추가 조사에 동기를 부여할 것이라고 낙관하고 있으며, 이를 통해 다양한 태양 에너지 응용 분야에 대해 광범위한 스펙트럼에 반응하는 광촉매를 만드는 것을 목표로 하고 있습니다."라고 결론지었습니다. .