2D Janus-materialen kunnen overvloedige waterstofbrandstof oogsten

2D Janus-materialen kunnen overvloedige waterstofbrandstof oogsten

Tijdstempel: 14 juli 2023 8:37 uur
Bronknooppunt: 2173368
14 juli 2023 (Nanowerk Nieuws) Verschillende studies hebben voorspeld dat de watersplitsingsreactie zou kunnen worden gekatalyseerd door bepaalde groepen van 2D-materialen – elk met een dikte van slechts enkele atomen. Een bijzonder veelbelovende groep zijn de 2D Janus-materialen, waarvan de twee zijden elk een andere moleculaire samenstelling hebben. Door middel van nieuwe berekeningen beschreven in EPJ B ("Tweedimensionale Janus AsXY (X= Se, Te; Y= Br, I) monolagen voor fotokatalytische watersplitsing"), presenteren Junfeng Ren en collega's van de Shandong Normal University in China een nieuwe groep van vier 2D Janus-materialen, die bijzonder geschikt zouden kunnen zijn voor de taak. Boven- en zijaanzichten van een Janus-monolaag Boven- en zijaanzichten van de Janus-monolaag. (Afbeelding: J. Wang et al.) Omdat waterstof bij verbranding een overvloed aan energie vrijgeeft, met alleen water als bijproduct, wordt het nu algemeen gezien als een uitstekend alternatief voor fossiele brandstoffen. Het splitsen van watermoleculen omvat een 'redoxreactie', waarbij elektronen en gaten deelnemen aan reductie- en oxidatiereacties. Omdat het uitstekende halfgeleiders zijn, zijn 2D Janus-materialen bijzonder geschikt om deze reactie te katalyseren. Wanneer een elektron in de isolerende 'valentieband' van een halfgeleider een foton absorbeert, wordt het geëxciteerd naar de 'geleidingsband' van het materiaal, waarbij een positief geladen gat achterblijft. Deze materialen zijn op hun beurt zowel bron als acceptanten van elektronen, waardoor redoxreacties gemakkelijker kunnen plaatsvinden. In hun theoretische studie onderzocht het team van Ren een groep van vier van deze materialen: met één oppervlak bestaande uit selenium of tellurium, en het andere uit broom of jodium - met aan beide zijden een tussenlaag van astatine. In deze halfgeleiders lagen de energieën van hun valentie- en geleidingsbanden ver genoeg uit elkaar om te voorkomen dat elektronen en gaten gemakkelijk opnieuw combineren: waardoor ze elektronen en gaten konden combineren om waterstof en zuurstof te produceren. Omdat alle vier de materialen een uitstekende stabiliteit en lichtabsorptie vertonen, denken de onderzoekers dat ze ongelooflijk veelbelovende kandidaten kunnen zijn voor het katalyseren van de watersplitsingsreactie. Als deze resultaten kunnen worden gereproduceerd in experimenten, hoopt het team van Ren dat de vier materialen een belangrijk onderdeel kunnen worden van de wereldwijde inspanning om onze koolstofemissies in de komende decennia te elimineren.

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk