(Destra) Schema della reazione fotocatalitica. (Sinistra) Molti fattori che influenzano le prestazioni fotocatalitiche. Credito:Università di Osaka
I ricercatori dell'Università di Osaka hanno studiato l'attività fotocatalitica dei materiali ossialogenuri e sono stati in grado di dimostrare una relazione tra i parametri misurati dalla conduttività a microonde risolta nel tempo (TRMC) e la generazione di ossigeno. Usando la relazione, hanno ottimizzato la temperatura di lavorazione per la sintesi del fotocatalizzatore PbBiO 2 Cl, con conseguente triplice miglioramento dell'apparente efficienza quantistica rispetto ai rapporti precedenti. Si spera che i risultati consentiranno uno screening ad alto rendimento e uno sviluppo efficiente del fotocatalizzatore.
I fotocatalizzatori che sfruttano l'energia della luce e la usano per dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno potrebbero rendere l'idrogeno una potenziale fonte di energia pulita. Però, l'ottimizzazione dei materiali candidati al fotocatalizzatore di solito richiede un notevole investimento di tempo. Ora, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno dimostrato un legame tra quantità facili da misurare e prestazioni del catalizzatore che potrebbe fornire un metodo di valutazione rapido.
La conversione dell'energia luminosa in energia chimica mediante fotocatalizzatori è stata ampiamente segnalata, ma la continua ottimizzazione dei materiali fotocatalitici è fondamentale per la loro applicazione di successo. Le proprietà dei fotocatalizzatori, compresa la loro superficie, cristallinità e varie caratteristiche elettroniche, influenzare la loro attività. Queste proprietà possono essere influenzate dalle tecniche e dalle condizioni specifiche utilizzate per prepararle, portando così a una vasta gamma di materiali che potrebbero essere valutati.
Il materiale di prova è un processo che richiede tempo e che deve ancora essere accelerato, fino ad ora. In un rapporto pubblicato su ACS Energy Letters , I ricercatori di Osaka hanno mostrato la relazione tra le misurazioni della conducibilità a microonde risolta nel tempo (TRMC) e le prestazioni fotocatalitiche dei materiali semiconduttori. TRMC è un processo che permette di valutare i fotocatalizzatori in polvere, che porta a un rendimento significativamente più alto.
Struttura cristallina dei fotocataliti ossialogenuri 1 e 2. Credito:Università di Osaka
"Siamo stati in grado di dimostrare che il tasso di evoluzione dell'ossigeno di un fotocatalizzatore, che è una misura dell'attività, può essere determinato dalla fotoconduttività e dall'emivita determinata dal TRMC, ", spiega l'autore principale dello studio Hajime Suzuki. "L'applicazione di questa relazione ai materiali rende la valutazione del loro potenziale molto più efficiente".
I ricercatori hanno utilizzato le loro scoperte per determinare la temperatura di lavorazione ottimale per un materiale che non era stato ampiamente studiato, PbBiO 2 Cl, e sono stati in grado di produrre un analogo che aveva un'efficienza quantica apparente del 3%, tre volte superiore a quella ottenuta in studi precedenti utilizzando temperature di elaborazione più elevate.
(a) Prodotto dell'intensità della fotoconduttività a microonde e della sua durata del fotocatalizzatore di ossialogenuro 2 rispetto alla temperatura di calcinazione. Le misurazioni a microonde suggeriscono la temperatura ottimale di 600 cioè 100 ℃ inferiore a quella riportata. (b) Velocità di evoluzione dell'O2 del fotocatalizzatore di ossialogenuro 2 preparato con diverse temperature di calcinazione. Credito:Università di Osaka
"Speriamo che i principi dei nostri risultati possano essere ampiamente applicati per migliorare l'efficienza e la facilità dei materiali di screening, trovare candidati, e scegliendo le condizioni di sintesi, ", spiega l'autore corrispondente dello studio Akinori Saeki. "In termini di quadro più ampio, processi ad alto rendimento potrebbero accelerare lo sviluppo di soluzioni energetiche più pulite."
