В исследовании, недавно опубликованном в журнале Applied Catalysis B: Environmental, международная группа ученых во главе с доцентом Ёнхо Ким из Инчхонского национального университета в Корее рассмотрела этот вопрос и сообщила о характеристиках сульфида цинка (ZnS), покрытого полидофамином (PDA). ) наностержни в качестве фотокатализатора, которые показали увеличение производства водорода на 220% по сравнению с одним катализатором ZnS! Более того, он показал приличную стабильность, сохранив почти 79% своей активности после облучения в течение 24 часов. Доктор.
Ким описывает мотивацию их исследования: «ZnS имеет различные фотохимические применения, поскольку он может быстро генерировать носители электрического заряда под воздействием солнечного света. Однако солнечный свет также вызывает окисление сульфид-ионов, что приводит к фотокоррозии ZnS. Недавние исследования показали, что покрытия PDA с регулируемой толщиной на фотокатализаторе могут повысить эффективность преобразования солнечной энергии и повысить фотостабильность.
Но до сих пор ни одно исследование не рассматривало физико-химические изменения на границе раздела ZnS / PDA. Поэтому мы хотели изучить влияние связывания PDA на фотокаталитические характеристики ZnS."
Ученые изготовили нанокатализаторы ZnS, покрытые PDA, путем полимеризации для нанесения дофамина на наностержни ZnS и варьировали период полимеризации для создания образцов трех разных толщин PDA – 1.2 нм (ZnS / PDA1), 2.1 нм (ZnS / PDA2) и 3.5 нм (ZnS / PDA3). Затем они измерили фотокаталитические характеристики этих образцов, отслеживая их производство водорода при искусственном освещении солнечным светом.
Катализатор ZnS / PDA1 показал самую высокую скорость образования водорода, за ним следовали ZnS / PDA2, ZnS без покрытия и ZnS / PDA3. Команда объяснила худшие характеристики ZnS / PDA2 и ZnS / PDA3 более сильным поглощением света более толстыми покрытиями PDA, которые уменьшали свет, достигающий ZnS, и мешали возбужденным носителям заряда достигать поверхности; ZnS без покрытия, напротив, подвергся фотокоррозии.
Чтобы понять роль электронной структуры в наблюдаемом усилении, ученые измерили спектры излучения и экстинкции образцов вместе с расчетами теории функционала плотности. Первый показал, что усиленное поглощение было связано с образованием оболочек Zn-O или O-Zn-S на ZnS и созданием энергетических уровней вблизи валентной зоны (самый высокий атомный уровень, заполненный электронами), которые могут принимать «дырки» (отсутствие электронов), в то время как расчеты показали, что ZnS / PDA имеет уникальную «дважды шахматную» электронную структуру, которая облегчает транспортировку и разделение носителей заряда на поверхности.
Повышенная долговечность была обусловлена пониженной окислительной способностью дырок в валентных состояниях КПК.
Доктор.
Ким и его команда надеются на более широкое применение своей техники. «Полидофаминовое покрытие, используемое в нашей работе, также применимо к другим группам катализаторов на основе селенидов, боридов и теллуридов», – комментирует д-р. Ким.
Будущее действительно может быть за водородом!