Het ontwerpen van 2d Janus heterobilagen voor efficiënte watersplitsing. De unieke Janus -structuur met een intern elektrisch veld verbetert de fotokatalytische prestaties. De blauwe pijl geeft aan dat de geoptimaliseerde omstandigheden voor het splitsen van water (bijv. Carriermobiliteit, katalysatoroppervlak, enz.) Kunnen worden bereikt door 2D -heterobilagen zoals Lego Bricks rationeel te ontwerpen. Credit: Nguyen Tuan Hung et al.
Wat als er een efficiënte methode was om een ​​levensvatbaar, milieuvriendelijk alternatief voor fossiele brandstoffen te produceren met behulp van de kracht van zonlicht? Een belangrijke ontdekking door onderzoekers van de Tohoku University en de University of Science, Vietnam National University-Ho Chi Minh City (VNU-HCM) zou ons een stap dichterbij kunnen brengen.
Het team identificeerde kritische factoren in tweedimensionale (2D) Janus heterobilagen voor groene energieconversie. Onder de onderzochte materialen viel een WS₂-Smose-heterobilaag op, met een indrukwekkende zonne-tot-hydrogen conversie-efficiëntie van 16,62%, die veel bestaande materialen overtreft, waarvan de meeste efficiëntie hebben onder de 15%.
Het werk is gepubliceerd in het dagboek ACS Applied Energy Materials.
Fotokatalytisch water splitsen harnassen zonlicht om watermoleculen af ​​te breken in waterstof en zuurstof. Deze schone waterstofbrandstof kan voertuigen en huizen voeden, waardoor de uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk wordt verminderd en de opwarming van de aarde kan bestrijden. Traditionele materialen staan ​​echter voor aanzienlijke uitdagingen in de fotokatalyse, waaronder lage efficiëntie en snelle recombinatie van elektronengaten. Deze innovatie behandelt die problemen frontaal en effent de weg voor een duurzamere toekomst.
Een team onder leiding van Nguyen Tuan Hung, een universitair docent aan het Frontier Research Institute for Interdisciplinary Science (FRIS) aan de Universiteit van Tohoku, en Vu Thi Hanh Thu, een universitair hoofddocent aan VNU-HCM, heeft spannende combinaties van Janus en Transition-Metal Dichalide (TMDC) materialen onderzocht.
Ze onderzochten 20 verschillende combinaties en bevestigden dat Janus heterobilaags veelbelovende kandidaten zijn voor het splitsen van water. In tegenstelling tot traditionele 2D -materialen, hebben deze unieke Janus TMDC’s verschillende chalcogenide -elementen aan elke kant, die intrinsieke dipolen en sterke interne elektrische velden creëren. Deze natuurlijke elektrische velden verbeteren de scheiding van elektrische ladingen die worden gegenereerd door zonlicht, wat resulteert in een significante boost in de fotokatalytische prestaties van deze materialen.
Door de principes van atomaire opstelling te ontdekken, kunnen ze definitieve richtlijnen bieden voor het selecteren van optimale materialen voor fotokatalytische zonne -conversie.
“Het combineren van TMDC’s met Janus-lagen is verwant aan het bouwen met LEGO-er zijn bijna talloze configuraties om te proberen. Onze methodologie stelt ons in staat om efficiënt en nauwkeurig de meest veelbelovende materiaalcombinaties voor het splitsen van water te identificeren, waardoor het ontdekkingsproces dramatisch wordt versneld,” zei eerste auteur Nguyen Tran Gia Bao (VNU-HCM).
“Onze bevindingen bieden een nieuw perspectief op duurzame waterstofproductie, ter ondersteuning van zowel milieubescherming als energie -onafhankelijkheid”, aldus Nguyen Tuan Hung. “Het team streeft naar het verkennen van verdere combinaties van materialen in toekomstig onderzoek om de meest duurzame optie te ontdekken die er is.”
Meer informatie:
Nguyen Tran Gia Bao et al, rationeel ontwerp 2D heterobilayers overgangsmetaal dichalcogenide en hun Janus voor efficiënte watersplitsing, ACS Applied Energy Materials (2025). Doi: 10.1021/ACSAEM.5C00175
Verstrekt door Tohoku University
