En los últimos años, el agrietamiento fotocatalítico de humedad ha surgido como un enfoque prometedor para convertir la energía solar en combustibles de hidrógeno conservables, lo que indica el importante potencial de las aplicaciones en la restauración ambiental y la conversión de energía.
Sin embargo, la investigación actual sobre tecnología fotocatalítica se centra principalmente en el diseño de materiales y pasa por alto la optimización de los sistemas de reacción fotocatalítica.
En respuesta, los investigadores han desarrollado un nuevo sistema de catalizador fototérmico integrado e inmovilizado.
«Específicamente, las grietas de humedad fotocatalítica tradicionales generalmente hacen que los fotocatalizadores se dispersen uniformemente en la fase líquida para formar un sistema de reacción de Triphaas para gas sólido», explicó el profesor Maochang Liu, quien dirigió el estudio.
«Este sistema Triphath sufre de eficiencia inherentemente baja en la utilización de la energía solar y procesos lentos de transferencia de masa».
¿Qué es el agua fotocatalítica rota? ¿Cómo funciona?
El agrietamiento fotocatalítico de agua es el proceso de división de agua (H₂O) en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) utilizando energía de la luz, proporcionando un método limpio para producir hidrógeno.
Esta reacción se basa en fotocatalizadores, generalmente fotocatalizadores, que son materiales semiconductores como el dióxido de titanio (TIO₂). Esto generalmente absorbe la luz solar y produce electrones y agujeros excitados.
Cuando el fotocatalizador absorbe fotones con energía por encima del BandGap, los electrones se promueven desde la banda de valencia a la banda de conducción, dejando un agujero positivo. Estos portadores de carga promueven la reacción redox. Los electrones de excitación reducen los protones (H⁺) para formar gas de hidrógeno, mientras que los agujeros oxidan las moléculas de agua para liberar oxígeno.
La separación eficiente del agua requiere un diseño cuidadoso del fotocatalizador para garantizar la absorción de la luz, la separación de carga y la actividad de reacción superficial.
Aunque son prometedores, los desafíos como la baja eficiencia, la estabilidad del catalizador y la absorción de luz limitada aún deben abordarse en aplicaciones a gran escala.
Eficiencia fotocatalítica mejorada con capacidad de respuesta al espectro completo
Las reacciones fotocatalíticas convencionales generalmente dependen principalmente de los espectros de luz ultravioleta y visible, y no pueden usar de manera efectiva la luz infrarroja cercana, lo que constituye más del 50% del espectro solar.
«El desarrollo de nuevos sistemas de reacción con capacidad de respuesta espectral completa ha surgido como un avance importante para aumentar la eficiencia fotocatalítica», dijo Liu.
Actualmente, los investigadores han desarrollado con éxito un sistema fijo de división catalítica de agua con fotografía fotográfica.
Este sistema innovador combina sustratos fototérmicos con fotocatalizadores de alto rendimiento, lo que permite el proceso sinérgico de evaporación del agua líquida y el agrietamiento del agua de la fase de vapor para la producción de hidrógeno bajo iluminación ligera sin la necesidad de entradas de energía adicionales.
Demostrar tasas de producción de hidrógeno sobresalientes
Los fotocatalizadores de heterounión CDS/COFE2O4 (CCF) PN se fabrican mediante métodos de calcificación para promover la transmisión espacial consistente y la separación eficiente de los portadores fotogeneradores.
La estructura del sistema utilizó la esponja de melamina recocida (AMS) como un sustrato fototérmico para convertir el sistema de tri-fase de gas sólido en una configuración binfase más eficiente soluble en gas.
El sistema optimizado de división de agua fotocatalítica CCF/AMS exhibe una tasa de evolución de hidrógeno pronunciada de 254.1 µmol H – 1, lo que representa un salto significativamente directo en comparación con los sistemas tradicionales de Triphaus.
Aplicaciones prácticas de los sistemas de división del agua
El sistema proporciona información importante y una guía práctica para aumentar la eficiencia de la división de agua fotocatalítica a través del diseño innovador de materiales y la construcción de sistemas de reacción.
Liu concluyó: «Este sistema dual curable con gas puede aumentar la eficiencia de utilización de la energía solar, aumentar la temperatura de reacción general, reducir la resistencia al transporte de gases en la interfaz del catalizador, mejorando significativamente la eficiencia de la división fotocatalítica del agua».
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