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Los investigadores lideran una iniciativa para desarrollar fuentes de energía respetuosas con el medio ambiente, como células fotoelectroquímicas (PEC) para la producción de hidrógeno utilizando energía solar. En su estudio actual, demostraron el uso de MoS poroso 3D.2/Fotoelectrodos CSF que utilizan tejido hilado de carbono (CSF) como materiales de electrodo, que exhibieron una excelente estabilidad mecánica y estructural.
Dong Ick Son (Departamento de Nanomateriales y Nanociencia, Universidad de Ciencia y Tecnología, República de Corea); Instituto de Compuestos Avanzados, Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología; y Donghee Park (Centro de Materiales y Dispositivos Optoelectrónicos, Instituto de Semiconductores Post-Silicio, Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología, República de Corea) son los líderes de investigación de esta iniciativa.
Muchos científicos están trabajando en la creación de fuentes de energía respetuosas con el medio ambiente para reemplazar los combustibles fósiles y reducir el calentamiento global que amenaza la ecología. Uno de los proyectos de investigación más destacados es el uso de células fotoelectroquímicas (PEC) que producen hidrógeno respetuoso con el medio ambiente mediante reacciones PEC utilizando una cantidad infinita de energía solar.
A través de reacciones fotocatalíticas en electrodos semiconductores, el proceso PEC genera gases de hidrógeno al descomponer el agua, lo que da como resultado una producción de hidrógeno respetuosa con el medio ambiente.
Además, la eficiencia de convertir la energía solar en hidrógeno (STH) es muy alta. Debido a que el proceso PEC utiliza energía solar en lugar de electricidad continua para la electrocatálisis, es más eficiente que el método de división del agua. Las altas pérdidas por recombinación de los pares electrón-hueco fotogenerados se han compensado durante mucho tiempo aumentando la superficie del fotoánodo en las células PEC.
Para los electrolitos, los materiales fotoactivos nanoestructurados podrían aumentar la absorción de luz al aumentar el área de superficie específica. A pesar de estos esfuerzos técnicos para crear capas de material fotoactivo, todavía es difícil mejorar la producción de hidrógeno para su uso en escenarios del mundo real.
Los textiles de fibra de carbono, como las telarañas de carbono (CSF) o los haces de fibras de carbono, se consideran uno de los materiales de electrodos más prometedores para aplicaciones de PEC debido a su porosidad, flexibilidad, conductividad y estabilidad química y mecánica.
Investigaciones anteriores que utilizaron técnicas hidrotermales observaron el crecimiento de materiales decorativos en textiles de fibra de carbono en forma de nanoescamas o nanobarras, que aumentaron el área de superficie en la parte superior y mejoraron el rendimiento fotoquímico.
Su naturaleza porosa facilita la construcción de estructuras compuestas 3D a gran escala con áreas interfaciales más grandes que interactúan con los electrolitos más fácilmente que los sustratos rígidos y planos. Estos resultados resaltan la importancia de optimizar las nanoestructuras en textiles de carbono porosos como sustrato; Sin embargo, actualmente no existen estudios sobre la relación entre las morfologías de los recubrimientos y el rendimiento de PEC.
MoS2 se ha integrado en diversas industrias, incluidas baterías, electrónica y catalizadores. Las características ópticas y estructurales de MoS.2 conviértalo en un fotoánodo deseable para dispositivos celulares PEC. En el nivel del vacío, la banda de valencia de MoS2 es menor que el potencial de oxidación del O2/H2O (-5,67 eV), mientras que la banda de conducción (CB) es mayor que el potencial de reducción de H+/H2 (-4,44 eV).
La banda prohibida de MoS2 varía entre 0,86 eV y 1,9 eV dependiendo del espesor y la estructura. MoS2Las heteroestructuras basadas en otros semiconductores funcionaron bien para promover la producción de hidrógeno. Estos resultados también sugieren que para sintetizar la capa superior, se deben ajustar las morfologías de recubrimiento de la capa inferior.
El estudio demostró el rendimiento PEC de MoS.2Fotoánodos recubiertos en un fondo de estrella de carbono (CSF) tridimensional y la influencia de las morfologías del recubrimiento. Se utilizó un enfoque conocido como recubrimiento hidrotermal de baja temperatura para crear MoS 3D poroso.2/Fotoánodos de LCR. MoS2 Morfologías de recubrimiento optimizadas para el tiempo de crecimiento hidrotermal y MoS2 La cantidad de precursor dio como resultado MoS similar a una película2 en LCR con la mayor densidad de fotocorriente y la mayor superficie.
Además, se utilizaron técnicas de pulverización catódica para crear la capa inferior (TiO).2) y se utilizó síntesis hidrotermal para crear la capa superior (MoS).2) de MoS conforme2/TiO2 Estructuras de heterounión en LCR porosos en 3D. En comparación con la celda PEC con MoS2/Estructura CSF, el rendimiento PEC de la celda PEC con el MoS2/TiO2Los fotoánodos /CSF fueron aún mejores.
Referencia de la revista:
Cho, H., et. Alabama. (2024) Células fotoelectroquímicas de alto rendimiento con MoS.2 Nanocopos/TiO2 Fotoánodo sobre tejido 3D poroso hilado de carbono. Materiales avanzados de detección y energía.. doi:10.1016/j.asems.2023.100088.
Fuente: https://www.kist.re.kr/ko/index.do
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