Uusia MOF-katalyyttejä

Kaavamainen fotokatalyyttinen vedenjako vedyksi Ni-TBAPy-NB:llä

Suurempi kuva

Fotokatalyyttinen veden jakaminen vedyn tuottamiseksi on yksi ihanteellisista tavoista muuttaa aurinkoenergia kemialliseksi energiaksi. Tehokkaiden fotokatalyyttien kehittäminen laajalla näkyvän valon absorptiolla tätä prosessia varten on kuitenkin edelleen haastavaa.

Professori Fuixang Zhangin johtama tutkimusryhmä Kiinan tiedeakatemian Dalianin kemiallisen fysiikan instituutista (DICP) kehitti äskettäin uuden laajasti näkyvään valoon reagoivan Ni-metalli-orgaanis kehyksisen (MOF) fotokatalyytin, joka voisi tehostaa veden halkaisua tuottamaan vetyä näkyvän valon säteilytyksen alla.

Tutkijat integroivat pyreenin (H4TBAPy) ligandin valonkeräyskeskukseksi ja nikkelioksidiklusterin katalyyttiseksi keskukseksi MOF:in yksikiteisiin kehykseen ja sen kuorinnan sitten 2D Ni-TBAPy-NB nanovyöhykkeiksi.

Sekä kokeelliset että teoreettiset tulokset osoittavat mahdollisen elektroninsiirron H4:stäTBAPy-ligandi (valoa keräävä keskus) Ni-O-klusterin solmuun (katalyyttinen keskus), jossa vedyn tuottamiseksi hajoava vesi voidaan tehokkaasti ajaa vapaasti ilman rinnakkaiskatalyyttiä.

Yksikiteisiin verrattuna kuoritut kaksiulotteiset (2D) nanovyöt osoittavat tehokkaampaa varauksen erottelua mikä johtuu lyhentyneestä varauksen siirtoetäisyydestä ja huomattavasti parantuneesta aktiivisesta pinta-alasta, mikä johtaa 164-kertaiseen veden pelkistysaktiivisuuteen.

Fotokatalyyttisen veden jakamisen näennäinen kvanttitehokkuus vedyn tuottamiseksi saavutti 8,0 % (420 ± 10 nm viritys). Lisäksi rakenne kestää monenlaisia pH-ympäristöjä vesiliuoksessa.

"Nämä tulokset tarjoavat referenssin muiden erittäin tehokkaiden MOF-pohjaisten fotokatalyyttisten materiaalien suunnittelulle ja synteesille tehokkaan aurinkoenergian muuntamiseksi kemialliseksi", sanoo professori Zhang.

Myös hapen kehitysreaktiot ovat yksi polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien sähkökemiallisessa tuotannossa yleisistä reaktioista. Niidenkin toteuttamiseen tarvitaan hyviä katalyyttimateriaaleja.

MIT:n ja sen kumppanitutkijat ovat kehittäneet täysin uudenlaisen katalyyttimateriaalin, nimeltään metallihydroksidi-orgaaninen kehys (MHOF), joka on valmistettu edullisista ja runsaista komponenteista.

Materiaaliperheen avulla insinöörit voivat säätää tarkasti katalyytin rakenteen ja koostumuksen tietyn kemiallisen prosessin tarpeisiin ja se voi sitten vastata tai ylittää perinteisten, kalliimpien katalyyttien suorituskyvyn.

Muut ryhmät ovat jo tutkineet metallihydroksidien, kuten nikkeli-rautahydroksidien, käyttöä, Yuriy Román-Leshkov sanoo. Mutta tällaisia materiaaleja on ollut vaikea räätälöidä tiettyjen sovellusten vaatimuksiin. "Syy, miksi työmme on varsin jännittävää ja varsin relevanttia, on se, että olemme löytäneet tavan räätälöidä ominaisuuksia nanostrukturoimalla nämä metallihydroksidit ainutlaatuisella tavalla."

Aiheesta aiemmin:

Mikä ihmeen MOF?

Vetyä suoraan merivedestä

Vihreää vetyä edullisemmin