Strona główna Aktualności
Technologie

Plantacje nanoprętów na dywanach grafenu przechwycą energię Słońca

17.07.2015 Technologie

Innowacyjny, trójwymiarowy fotokatalizator, opracowany w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Fuzhou University w Chinach, reaguje głównie ze światłem widzialnym i aktywuje nowe wiązania chemiczne, które magazynują energię słoneczną. Model na zdjęciu przedstawia płaszczyznę grafenową (czarna płyta) pokrytą nanoprętami tlenku cynku (zielone pręty). Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski.

Nowatorski materiał fotokatalityczny, który może przyspieszać reakcje chemiczne, opracowała grupa naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie i Uniwersytetu w Fuzhou. Jego użycie np. w przemyśle farmaceutycznym pozwoli skrócić produkcję niektórych związków.

Grupa naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej (IChF) PAN w Warszawie i Uniwersytetu w Fuzhou opracowała nowatorski materiał fotokatalityczny: połacie nanoprętów tlenku cynku, wyhodowanych na podłożu grafenowym i "udekorowanych" kropkami siarczku kadmu. W obecności promieniowania słonecznego taka kombinacja zero- i jednowymiarowych struktur półprzewodnikowych z dwuwymiarowym grafenem świetnie katalizuje wiele reakcji chemicznych - poinformował Instytut w przesłanym PAP komunikacie.

 

Nowy materiał fotokatalityczny, skonstruowany przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie i Wydziału Chemii Uniwersytetu w Fuzhou w Chinach, pod mikroskopem wygląda jak dziwny las: proste, jednorodnie rozmieszczone pnie wyrastają z płaskiego podłoża, pnąc się ku górze na wysokość mierzoną w nanometrach, gdzie "korony" półprzewodnikowych wydzieleń wyłapują każdy słoneczny promień.

 

Ten nowatorski materiał zaprojektowano w taki sposób, by podczas przetwarzania energii słonecznej zapewnić jak najlepszą współpracę punktowych wydzieleń siarczku kadmu (tzw. struktur zerowymiarowych) z nanoprętami tlenku cynku (strukturami 1D) i grafenem (strukturą 2D) - czytamy w informacji prasowej.

 

Metody przetwarzania energii światła docierającego do Ziemi ze Słońca można podzielić na dwie grupy. W grupie fotowoltaicznej fotony są wykorzystywane do bezpośredniego generowania energii elektrycznej.

 

Podejście fotokatalityczne jest inne: tu promieniowanie, zarówno widzialne, jak i ultrafioletowe, służy do aktywowania związków chemicznych i przeprowadzania reakcji, które magazynują energię słoneczną. W ten sposób można np. redukować dwutlenek węgla do metanolu, syntetyzować paliwa lub wytwarzać cenne półprodukty organiczne dla przemysłu chemicznego czy farmaceutycznego.

 

"Zasada działania nowego, trójwymiarowego fotokatalizatora, opracowanego przez grupę z IChF PAN i Uniwersytetu w Fuzhou, jest prosta. Gdy na półprzewodnik – tlenek cynku ZnO lub siarczek kadmu CdS – pada foton o odpowiedniej energii, powstaje para elektron-dziura. W normalnych warunkach praktycznie od razu dochodziłoby do jej rekombinacji, i energia słoneczna byłaby tracona. Jednak w nowym materiale elektrony, uwolnione w obu półprzewodnikach wskutek oddziaływania z fotonami, szybko spływają wzdłuż nanoprętów do podłoża grafenowego, które jest świetnym przewodnikiem.

 

Rekombinacja nie może wtedy zajść, a elektrony można wykorzystać do tworzenia nowych wiązań chemicznych, a więc do syntezy nowych związków. Właściwa reakcja chemiczna zachodzi na powierzchni grafenowej, wcześniej pokrytej substancjami organicznymi, które mają być przetwarzane" - czytamy w komunikacie.

 

Tlenek cynku reaguje tylko na promieniowanie ultrafioletowe, obecne w świetle słonecznym w ilości nieprzekraczającej kilku procent. Dlatego naukowcy z IChF PAN i Uniwersytetu w Fuzhou dodatkowo pokryli lasy nanoprętów wydzieleniami siarczku kadmu. Oddziałują one przede wszystkim ze światłem widzialnym, którego jest ok. 10 razy więcej niż ultrafioletu – i to one są głównym dostarczycielem elektronów dla reakcji chemicznych.

 

"Nasz materiał fotokatalityczny pracuje z dużą wydajnością. Zwykle dodajemy go do przetwarzanych związków w proporcji mniej więcej 1:10. Po ekspozycji na promieniowanie słoneczne w ciągu nie więcej niż pół godziny przetwarzamy 80 proc., a niekiedy nawet ponad 90 proc. substratów" - podkreśla prof. Yi-Jun Xu z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Fuzhou w Chinach, gdzie zrealizowano znaczną część badań eksperymentalnych.

 

"Ogromną zaletą naszego fotokatalizatora jest łatwość jego produkcji" - zauważa z kolei dr hab. inż. Juan Carlos Colmenares, prof. IChF PAN.

 

"Grafen nadający się do zastosowań w fotochemii jest dziś dostępny bez większych problemów i wcale nie jest drogi. Natomiast wymyślony przez nas proces pokrywania grafenu plantacjami nanoprętów tlenku cynku, na których następnie osadzamy wydzielenia siarczku kadmu, jest szybki, efektywny, przebiega w temperaturze niewiele wyższej od pokojowej, przy zwykłym ciśnieniu, nie wymaga też żadnych wyrafinowanych substratów" - dodaje Colmenares.

 

Dla zastosowań na szerszą skalę ważny jest fakt, że nowy fotokatalizator wolno się zużywa. Z przeprowadzonych doświadczeń wynika, że dopiero po szóstym-siódmym użyciu dochodzi do niewielkiego spadku wydajności reakcji (o ok. 10 proc.).

 

Umiejętnie wykorzystany, nowy fotokatalizator 3D może znacząco wpłynąć na przebieg reakcji chemicznych. Jego użycie np. w przemyśle farmaceutycznym mogłoby zmniejszyć liczbę etapów produkcji niektórych związków farmakologicznych, z kilkunastu do zaledwie kilku.

 

PAP - Nauka w Polsce

 

zan/ krf/

Nowatorski fotokatalizator 3D, opracowany w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Fuzhou University w Chinach, łączy zalety struktur 0D (punktowych wydzieleń siarczku kadmu), 1D (nanoprętów tlenku cynku) i 2D (grafenu), co umożliwia efektywne tworzenie nowych związków chemicznych. Źródło: IChF PAN, Fuzhou University.

Zdjęcie mikroskopowe nowatorskiego fotokatalizatora 3D, opracowanego w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Fuzhou University w Chinach. Źródło: IChF PAN, Fuzhou University.

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 0
Skomentuj Zobacz wszystkie  

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Tajemnice grzybów - dla niewtajemniczonych Tajemnice grzybów - dla niewtajemniczonych

Czy wiedzieliście, że grzyby można spotkać nawet na pustyniach czy w oceanach? Albo wykorzystać jako... planistów ruchu? Każdy, kto czuje się gotów na wprowadzenie do swojego życia tych i innych ciekawostek okołogrzybowych, powinien sięgnąć po książkę "Tajemnicze życie grzybów".

Więcej

Myśl na dziś

Dobrze zrozumiana nauka chroni człowieka przed pychą, gdyż ukazuje mu jego granice.
Albert Schweitzer

Nasz blog

Reglamentowane pradzieje. O nowej syntezie najstarszych dziejów naszego kraju Reglamentowane pradzieje. O nowej syntezie najstarszych dziejów naszego kraju

Nowe kompendium wiedzy o polskich pradziejach przygotowywano przez ponad 5 lat i wydano na nie 1,4 mln zł. Mimo, że publikację wydano również w wersji elektronicznej, dostęp do niego będą mieli nieliczni. Wielka szkoda.

Więcej

Tagi