Plasma-gesynthetiseerd fotothermisch materiaal kan een efficiënte waterzuivering van zonne-energie mogelijk maken

Technologie voor het omzetten van zonne -energie in thermische energie evolueert altijd en heeft talloze toepassingen. Een doorbraak in het laboratorium van professor My Ali El Khakani bij Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) heeft een belangrijke bijdrage aan het veld geleverd.

Professor El Khakani is gespecialiseerd in plasma-laserprocessen voor de ontwikkeling van nanostructureerde materialen. Hij en zijn team van het Éergie Matériaux Télécommunications Research Center hebben een nieuw fotothermisch materiaal ontwikkeld dat zonlicht omzet in warmte met ongeëvenaarde efficiëntie. De resultaten van hun werk waren gepubliceerd in het dagboek Wetenschappelijke rapporten.

Sinds enkele decennia staan ​​stoichiometrische titaniumoxiden bekend om hun uitzonderlijke fotokatalytische eigenschappen. Een sub-stoichiometrische vorm van dit materiaal, gekenmerkt door een licht tekort aan zuurstofatomen, wordt “magnéli-fasen” genoemd, met specifieke samenstellingen die verschillende eigenschappen vertonen.

Onder deze fasen, ti₄O₇ valt op als de variant die de meest dwingende elektrische, chemische en katalytische eigenschappen biedt. Hoewel het fotothermische gedrag de afgelopen jaren pas is onderzocht, heeft baanbrekend onderzoek door het team van professor El Khakani het ongeëvenaarde potentieel van TI onthuld₄O₇ Dunne films voor superefficiënte fotothermische conversie.

De grenzen van materialen verleggen

Een van de belangrijkste beperkingen voor het potentiële gebruik van Ti₄O₇ Leg in het syntheseproces en de uiteindelijke vorm van het verkregen materiaal.

“Traditioneel, ti₄O₇ is gesynthetiseerd in poedervorm met behulp van thermische reductiemethoden. Deze benadering voorkomt het bereiken van de pure fase van het materiaal, waardoor het moeilijk is om de samenstelling, morfologie en nanostructuur te beheersen, “zegt Lick Pichon, een Ph.D. -student aan INRS en hoofdauteur van de publicatie.

“Deze thermische reductiemethoden leveren typisch gemengde fasen op met verschillende chemische samenstellingen, die de toegang tot het volledige potentieel van het zuivere materiaal beperkt, met name de elektrische geleidbaarheid.” Bovendien wordt het geproduceerde poeder over het algemeen verdicht in pellets, waardoor de grootte van de resulterende elektroden tot een paar centimeter sterk beperkt wordt.

Professor El Khakani en zijn team wendden zich tot een techniek die bekend staat als magnetron sputteren (of RF-magnetron plasma) om dunne films van dit materiaal als coatings te storten. Dit dunne filmafzettingsproces wordt vaak gebruikt in de halfgeleiderindustrie.

“De Ti₄O₇ Coating afgezet via deze methode (films een paar honderd nanometer dik) verandert de oppervlakte -eigenschappen van het substraat volledig, die anders in grootte of materiaalsamenstelling kunnen variëren, variërend van metalen platen tot siliciumwafels of glazen platen, “legt professor El Khakani uit.

“Wetenschappelijk hebben de resultaten van ons werk een belangrijke bijdrage geleverd omdat ze voor het eerst de fundamentele relatie tussen de optische absorptiecapaciteit van TI vestigen₄O₇ Films en hun fotoconversie -efficiëntie, “voegt professor El Khakani toe.

Een breed scala aan toepassingen

Door de gecontroleerde afzetting van Ti mogelijk te maken₄O₇ Films op verschillende substraten, INRS -onderzoekers openen de deur voor tal van impactvolle toepassingen. Ti₄O₇ Coatings zijn klaar om een ​​sleutelrol te spelen bij de ontwikkeling van krachtige anodes voor de ontsmetting van water die aanhoudende verontreinigende stoffen bevat.

Deze corrosiebestendige en zeer geleidende elektroden zijn ook veel vraag naar elektrochemische processen die betrokken zijn bij de productie van waterstof en ammoniak, twee belangrijke economische sectoren in Québec. Met hun uitzonderlijke fotothermische conversiemogelijkheden zijn deze coatings ook ideaal voor het produceren van slimme verwarmingsvensters, wat substantiële voordelen biedt in termen van kostenbesparingen en energie -efficiëntie.

“De mogelijkheid om dunne fotothermische coatings te creëren op redelijkbare oppervlakken is een bijzondere belofte voor passieve ontzilting in nichetoepassingen, met alleen direct zonlicht en het vereisen van geen externe elektrische energie -input, in tegenstelling tot het veelgebruikte omgekeerde osmoseproces,” concludeert professor El Khakani.