Một số oxit kim loại được coi là ứng cử viên sáng giá cho chất xúc tác quang để tạo ra hydro xanh với ánh sáng mặt trời. Một đội Trung Quốc hiện đã công bố các kết quả thú vị về các hạt oxit đồng(I) trên tạp chí Nature, trong đó một phương pháp được phát triển tại HZB đã đóng góp đáng kể.
>> Tham khảo: Chip nano silicon có thể điều trị mất cơ do chấn thương.
Quang phổ quang điện bề mặt thoáng qua cho thấy các hạt mang điện tích dương trên bề mặt bị giữ lại bởi các khuyết tật trong thời gian tính bằng micro giây. Các kết quả cung cấp manh mối để tăng hiệu quả của các chất xúc tác quang.
Tách nước thành hydro và oxy với sự trợ giúp của các hạt hoạt động quang xúc tác có thể tạo ra hydro xanh với giá rẻ trong tương lai: Ánh sáng mặt trời kích hoạt các hạt mang điện tích trong các chất xúc tác quang, mà sự phân tách không gian của chúng đóng vai trò quyết định trong quá trình tách nước bằng xúc tác quang. Tuy nhiên, các chất xúc tác quang ngày nay vẫn còn rất đắt hoặc không hiệu quả lắm.
Ứng cử viên cho chất xúc tác
Các hạt oxit kim loại được coi là ứng cử viên có tiềm năng lớn. Tuy nhiên, khi các hạt mang điện được kích hoạt bởi ánh sáng, một số quá trình chồng lên nhau diễn ra ở các tốc độ khác nhau và trên các quy mô không gian khác nhau.
Để quan sát các quá trình như vậy bằng thực nghiệm, cần có các phương pháp cung cấp độ phân giải thời gian xuống đến femto giây, nhưng cũng có thể quan sát các quá trình dài hơn xảy ra trong vài phần triệu giây và chậm hơn.
>> Tham khảo: Các nhà vật lý tìm ra cách mới để đo tính chất của lớp bề mặt vật liệu.
Điều này hiện đã đạt được trên các hạt oxit đồng(I) vi tinh thể bởi một nhóm do Fengtao Fan và Can Li từ Phòng thí nghiệm Năng lượng sạch Quốc gia Đại Liên, Trung Quốc đứng đầu.
Quy trình nhanh và chậm
Bằng cách sử dụng các hình ảnh hiển vi điện tử phát xạ quang hóa được phân giải theo thời gian nhanh chóng liên tiếp, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng một trong những quá trình này xảy ra cực kỳ nhanh chóng trong các hạt Cu2O — trong vòng chưa đến pico giây (10-12 giây): Sau khi được kích thích bằng ánh sáng, các electron được chuyển gần như đạn đạo sang {001} mặt hạt Cu2O.
Tuy nhiên, để quan sát bằng thực nghiệm quy trình thứ hai, cần phải có một phương pháp khác: bởi vì các “lỗ hổng” được tạo ra do quang hóa di chuyển đến {111} mặt và bị giữ lại ở đó bởi các khuyết tật. Thomas Dittrich đã có thể quan sát quá trình quan trọng này bằng cách sử dụng quang phổ quang điện bề mặt tạm thời (quang phổ SPV), một phương pháp do ông phát triển tại HZB. Ông giải thích: “Chúng tôi thấy rằng bẫy lỗ xảy ra tương đối chậm, trong khoảng vài phần triệu giây.
>> Tham khảo: Một nửa số cây nhiệt đới được trồng lại không sống sót.
Độ phân giải thời gian cao trên một phạm vi rộng
Kết hợp lại với nhau, các kết quả lần đầu tiên có thể nghiên cứu và hiểu rõ hơn về các quá trình hạn chế quang xúc tác trên các hạt vi tinh thể với độ phân giải không gian và thời gian cao trên phạm vi rộng.
Phương pháp linh hoạt để phân tích chất bán dẫn
“Với quang phổ SPV thoáng qua, chúng tôi cũng có thể điều tra các chất bán dẫn và giao diện khác có liên quan, ví dụ, cho các ứng dụng từ quang điện và quang xúc tác đến điện tử hiệu suất cao,” Dittrich nói.
Những hiểu biết thú vị về các quá trình thư giãn cũng có thể thu được từ chất bán dẫn hữu cơ hoặc chất bán dẫn siêu băng rộng như kim cương. Dittrich nói: “Có lẽ ấn phẩm của chúng tôi trên tạp chí Nature đã lan truyền thông điệp về mức độ hữu ích của phương pháp linh hoạt này.
>> Tham khảo: Vi khuẩn được thiết kế có thể giúp bảo vệ vi khuẩn đường ruột ‘tốt’ khỏi thuốc kháng sinh.
Sách giáo khoa: “Materials Concepts for Solar Cells,” Imperial College Press (2014), 552 trang. ISBN: 978-1783264445
Sách giáo khoa được viết bởi Thomas Dittrich và Steffen Fengler, trong số các chủ đề khác, trình bày phương pháp quang phổ SPV.
