TMDC Nanoflakes macht neue Art der photosynthetischen Solarzelle

- Feb 18, 2017 -

Wolfram-Diselenid-Nanoflakes können verwendet werden, um Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid in einer ionischen Flüssigkeit chemisch umzuwandeln. Dies ist die neue Erkenntnis von Forschern an der University of Illinois in Chicago, deren "photosynthetische" Gerät arbeitet nur mit Sonnenlicht. Die neue Art der Solarzelle könnte verwendet werden, um Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen und gleichzeitig Kraftstoff zu produzieren.


Die elektrochemische Reduktion von CO 2 könnte grundsätzlich eine gute Möglichkeit sein, dieses Treibhausgas wieder in Kraftstoffe zurückzuführen. Allerdings sind bestehende Katalysatoren für diese Reaktion einfach zu ineffizient.

Ein Team geführt von Amin Salehi-Khojin   wie nun die Effizienz einer Klasse von 2D-Materialien, die als Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDCs) bezeichnet wurden, als Katalysatoren für diese Reaktion getestet wurde. Die Forscher paaren die Materialien mit einer ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt in einem Zweikammer, drei Elektrode elektrochemische Zelle.

Wolfram-Diselenid macht künstliches Blatt

Sie fanden, dass Wolfram-Diselenid das beste und in seiner Nanoflake-Form war, überdurchschnittliche Massenkatalysatoren (z. B. aus Silber) um den Faktor 60. Es war auch mindestens doppelt so gut wie die anderen Nanoflake-Verbindungen, die in der Studie analysiert wurden. Es ist auch 20 mal billiger als ein Silberkatalysator.

Das Team benutzte dann seinen Katalysator, um ein künstliches Blatt zu bauen, das aus zwei Silizium-Triple-Junction-Photovoltaik-Zellen besteht, die 18 cm 2 messen, um Licht zu ernten. Der Wolframdiselenid und der ionische flüssige Katalysator machten die Kathode in der Zelle aus, während Kobaltoxid in einem Kaliumphosphat-Elektrolyten die Anode bildete.

Nachahmung des Photosyntheseprozesses

"Dieses künstliche Blatt imitiert den Photosyntheseprozess", erklärt Salehi-Khojin. "In einem echten Blatt wird das CO 2 in Zucker umgewandelt, aber in unserem Blatt wird es in Syngas umgewandelt." Syngas oder synthetisches Gas ist eine Mischung aus Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid und kann direkt in Gasturbinen und Syngas verbrannt werden Motoren oder in Diesel- oder andere hochdichte Kohlenwasserstoff-Brennstoffe wie Naphtha umgewandelt werden. Salehi-Khojin sagt, dass er und seine Kollegen auch ihren Katalysator herstellen können, um direkt Zucker oder andere Kohlenwasserstoffe zu produzieren.

Die Forscher messen die katalytische Aktivität pro jede aktive Stelle auf ihrem künstlichen Blatt, wenn sie Licht von 100 W / cm 2 ausgesetzt wurde. Hierbei handelt es sich um die durchschnittliche Sonneneinstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht. Syngas wird an der Kathode erzeugt und freier Sauerstoff und Wasserstoffionen werden an der Anode produziert. Die Wasserstoffionen diffundieren durch eine Membran zur Kathodenseite, um an der CO 2 -Reduktionsreaktion teilzunehmen.

Solarparks

"Diese Reaktion war 1000-mal besser als die für Silber-Nanopartikel gemessen und 60-mal besser als unsere bisherigen Arbeiten auf Bulk-Molybdän-Disulfid durchgeführt", sagt Salehi-Khojin nanotechweb.org . "Darüber hinaus beträgt der Solar-to-fuel-Umwandlungswirkungsgrad für das System 4,6%, was 2,5% gegenüber früheren Systemen entspricht."

Solche künstlichen Blätter könnten verwendet werden, um Solarparks neben Chemie- und Kraftwerken zu machen, um CO 2 von Abgasströmen zu Treibstoffen umzuwandeln, indem sie nur die Energie von der Sonne verwenden, fügt er hinzu. "Auf diese Weise können wir nicht nur CO 2 abbauen, sondern auch die Energie der Sonne in Form von chemischen Bindungen speichern, was die effizienteste Art ist, diese Energie zu speichern."

Das Illinois-Team berichtet über seine Arbeit in der Wissenschaft DOI: 10.1126 / science.aaf4767 s ays , dass es jetzt hofft, sein System in Zusammenarbeit mit der Industrie zu vergrößern und hat bereits ein vorläufiges Patent eingereicht.


Ein paar:Die leitfähigen Tinten und einfügen Geschäft: Alles ändert sich Der nächste streifen:Wissenschaftler am W.VA Colleges vorliegenden Befunde aus wirtschaftlichen, Gemeinschaft Auswirkungen Forschungsprojekte