Фотокатализаторы, которые используют энергию света и используют ее для расщепления воды на водород и кислород, привлекают значительное внимание ученых из-за привлекательности водорода как потенциального источника чистой энергии. Однако оптимизация материалов-кандидатов на фотокатализатор обычно требует значительных временных затрат. Теперь исследователи из Университета Осаки продемонстрировали связь между легко измеряемыми количествами и производительностью катализатора, которая может обеспечить метод быстрой оценки.
Преобразование энергии света в химическую энергию с использованием фотокатализаторов получило широкое распространение; однако постоянная оптимизация фотокаталитических материалов имеет решающее значение для их успешного применения. Свойства фотокатализаторов, в том числе их площадь поверхности, кристалличность и различные электронные свойства, влияют на их активность. На эти свойства могут влиять методы и особые условия, используемые для их получения, что приводит к широкому спектру материалов, которые можно оценить.
Экспериментальная установка и тестирование каждого сгенерированного материала - это трудоемкий шаг в процессе разработки, который еще предстоит ускорить - до сих пор. В отчете, опубликованном в ACS Energy Letters, исследователи из Осаки показали взаимосвязь между измерениями микроволновой проводимости с временным разрешением (TRMC) и фотокаталитическими характеристиками полупроводниковых материалов. TRMC - это простой процесс, который позволяет оценивать фотокатализаторы в виде порошка, что приводит к значительному увеличению производительности.
"Мы смогли показать, что скорость выделения кислорода фотокатализатором, которая является мерой активности, может быть определена на основе фотопроводимости и периода полураспада, определяемых TRMC", - объясняет ведущий автор исследования Хадзиме Судзуки.. «Применение этого отношения к материалам делает оценку их потенциала намного более эффективной».
Исследователи использовали свои выводы, чтобы определить оптимальную температуру обработки для материала, который не был широко изучен, PbBiO2Cl, и смогли произвести аналог, который имел кажущаяся квантовая эффективность 3% - в 3 раза выше, чем было достигнуто в предыдущих исследованиях с использованием более высоких температур обработки.
«Мы надеемся, что принципы наших выводов могут быть широко применены для повышения эффективности и простоты отбора материалов, поиска кандидатов и выбора условий синтеза», - объясняет соответствующий автор исследования Акинори Саеки.«С точки зрения более широкой картины, высокопроизводительные процессы могут ускорить разработку более чистых энергетических решений».