Earth-abundant solar energy materials

I dette prosjektet har vi utviklet et nytt fotokjemisk / fotoelektrokjemisk konsept for å omdanne vann og karbondioksid til små organiske molekyler, som er råmaterialer innenfor lagring av solenergi, farmasi og kjemiske ingeniør industrier. Forskningen fokuserer hovedsaklig på studier av dannelses mekanismen av metan og metanol fra CO2 og H2O ved bruk av en gjennomstrømmende TiO2-membran fotokatalysatorer med en "sandwich" struktur. De viktigste utfordringene er å bygge opp egnede fotokjemiske reduksjons- og oksydasjonssentre for syntetisering av solbrensel. I løpet av denne prosjektperioden har vi jobbet med å utforske jord-rike materialer (dvs. MoS2, CdS) som potensielle kokatalysatorer for å forbedre TiO2 nanorørfotokatalysatorens applikasjon innenfor det synlig lys spekteret . Både amorf tynnfilm MoS2 og krystallinsk tynnfilm CdS er blitt fremstilt ved magnetron-sputtering og lastet på nanorør-substratene ved HSN-laboratorier. De amorfe MoS2 tynn filmene eksponerer store mengder kanter av triangulær atomstruktur som kan gi et høyt antall reduksjonssentere. Ved dobbelt lasting av kokatalysatorene opprettet dette prosjektet en Z-system fotoelektrokatalysator med høy omdannelse av solbrensel. I tillegg er PbS quantum dots og Au nanopartikler modifiserte TiO2 nanorør blitt undersøkt, og deres fotoelektriske effekt har blitt studert for oksidasjonsreaksjon. En unik fotoreaktor ble bygget opp (se rapportvedlegg) og effektiviteten av den optimaliserte Z-system fotokatalysatoreren er undersøkt i denne reaktoren. Prosjektet kan føre til betydelig forbedring av fotokatalytisk konverteringseffektivitet ved konstruksjon av en lysinnsamlingsantenne. Vitenskapelige presentasjoner fra dette prosjektet har blitt utført for å fremme dette prosjektet på lokalt, nasjonalt og internasjonalt nivå og tiltrekker seg store interesser fra det internasjonale forskningsmiljøet.

This project deals with developing sandwich-type free-standing and flow-through TiO2 nanotube (TNT) membrane (CdS/TNT membrane/MoS2) photocatalysts for converting carbon dioxide into small hydrocarbon molecules. The TNT membranes with highly mechanical st rength are fabricated by electrochemical anodization of sandwich type Al/Ti/Al metal foils and subsequent wet etching. Then co-catalysts are loaded on the front and back surface of the freestand, flow-through TNT membranes. Structure and photocatalytic me chanism of the photocatalysts are studied by advanced analytical methods, such as XRD, SEM/TEM, XPS, IR and gas chromatography. The optimized photocatalyst TiO2 membranes are integrated into a photocatalytic reactor. The processes of single and multiphase reaction are simulated under various flow patterns. An optimized reactor will be demonstrated for the solar fuel/CO2 conversion at a continuous model. The core idea is that the electron donor and acceptor materials are precisely loaded on the front and b ack surface of the TNT membranes, which will enhance the efficiency of the charge separation due to the controllable isolation along the axial direction of the TNT arrays. Furthermore, a stronger titania-hydrocarbon interaction by using the flow-through TNT nanochannels would be expected when hydrocarbon concentration increases to high values. The new elements in this proposal: - Fundamental: Extending the process of randomly loading multiple co-catalysts to precisely engineering, which is realized through loading the co-catalysts on front and back surfaces of 2-D free-stand, flow-through TNT membrane. - Engineering: The solar-driven reactor provides "linkers" that optical system and nanotube membranes are integrated together for a high yield sola r fuel conversion.