Οι επιστήμονες ανέλυσαν τον τρόπο με τον οποίο μια ειδική θεραπεία βελτιώνει τα φτηνά μεταλλικά οξείδια φωτοηλεκτροδαιρινά
Η ομάδα επικεντρώθηκε σε ένα συγκεκριμένο μεταλλικό οξείδιο που ονομάζεται αιματίτη (α-Fe2O3), το οποίο είναι άφθονο, σταθερό και φθηνό, καθιστώντας το ελκυστικό υλικό για τη φωτοηλεκτροχημική διάσπαση του νερού. Ωστόσο, η απόδοση του αιματίτη έχει περιοριστεί από το μήκος διάχυσης του μικρού φορέα, που σημαίνει ότι οι φωτογενετικοί φορείς φορτίου ανασυνδυαστούν γρήγορα πριν φτάσουν στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα.
Για να αντιμετωπιστεί αυτή η πρόκληση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μοναδική επιφανειακή θεραπεία που περιελάμβανε εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) ενός λεπτού στρώματος οξειδίου του γαλλίου (GA2O3) στο φωτοηλεκτρόδιο του αιματίτη. Αυτή η θεραπεία άλλαξε θεμελιωδώς τις επιφανειακές ιδιότητες και τη δυναμική του φορέα του αιματίτη, επεκτείνοντας αποτελεσματικά το μήκος διάχυσης του φορέα.
Τα αποτελέσματα ήταν αξιοσημείωτα. Το επεξεργασμένο αιματίτη φωτοηλεκτροδίων κατέδειξε σχεδόν έξι φορές αύξηση της πυκνότητας φωτοβολίδων, αντιπροσωπεύοντας σημαντική ώθηση στην ικανότητά του να χωρίζει αποτελεσματικά το νερό. Αυτή η ενίσχυση αποδόθηκε στον βελτιωμένο διαχωρισμό και μεταφορά φορτίου φορτίου, καθώς και στην αυξημένη απορρόφηση φωτός που προκύπτει από το στρώμα GA2O3.
Οι ερευνητές ανέλυσαν περαιτέρω τους μηχανισμούς πίσω από αυτή την ενισχυμένη απόδοση χρησιμοποιώντας τις προηγμένες τεχνικές χαρακτηρισμού και τη θεωρητική μοντελοποίηση. Έλαβαν πληροφορίες για τη δομή της ηλεκτρονικής ζώνης, τη δυναμική φορέα φορτίου και τις διεπιφανειακές ιδιότητες, οι οποίες παρείχαν πολύτιμη καθοδήγηση για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών θεραπείας και το σχεδιασμό ακόμη πιο αποτελεσματικών φωτοηλεκτροδίων.
Με το χειρισμό της χημείας της επιφάνειας και την εκμετάλλευση των συνεργιστικών επιδράσεων μεταξύ του αιματίτη και του GA2O3, αυτή η μελέτη προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη οδό για την ενίσχυση της απόδοσης φωτοηλεκτροδίων οξειδίου μετάλλου για τη διάσπαση των ηλιακών υδάτων. Τα ευρήματα συμβάλλουν στις συνεχιζόμενες προσπάθειες για την ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών και κλιμακούμενων τεχνολογιών ηλιακών έως καυσίμων, προσφέροντας ελπίδα για ένα βιώσιμο και ουδέτερο μέλλον.
