New catalyst promotes artificial photosynthesis / Nuovo catalizzatore promuove la fotosintesi artificiale.


New catalyst promotes artificial photosynthesis Nuovo catalizzatore promuove la fotosintesi artificiale.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa.



When evenly applied to a semiconductor, the film catalyses solar water splitting for energy production and other applications
When evenly applied to a semiconductor, the film catalyses solar water splitting for energy production 
and other applications. / Quando viene applicato uniformemente a un semiconduttore, il film catalizza 
la scissione dell'acqua solare per la produzione di energia e altre applicazioni.
Scientists have created an oxygen-evolution catalyst that combines with semiconductors for solar water splitting, an advance that assists the conversion of solar energy to chemical energy in the form of hydrogen and oxygen.
The discovery was made in the lab of Kenton Whitmire, a Rice University professor of chemistry, with assistance from researchers at the University of Houston.
They found that growing a layer of an active catalyst directly on the surface of a light-absorbing nanorod array produced an artificial photosynthesis material that could split water at the full theoretical potential of the light-absorbing semiconductor with sunlight.
Finding a clean renewable source of hydrogen fuel is already the focus of research, but the technology is yet to be commercialised but one promising method is through an oxygen-evolution catalyst that splits water into hydrogen and oxygen.
For their research, the Rice team combined iron, manganese and phosphorus into a precursor that can be deposited directly onto any substrate without damaging it.
To demonstrate the material, the lab placed the precursor into its custom chemical vapour deposition (CVD) furnace and used it to coat an array of light-absorbing, semiconducting titanium dioxide nanorods. The combined material – a photoanode – is claimed to have exhibited excellent stability while reaching a current density of 10mA per square centimetre.
The results appear in two new studies. The first, on the creation of the films, appears in Chemistry: A European Journal. The second, which details the creation of photoanodes, appears in ACS Nano.

Scientists created a catalyst from iron, manganese and phosphorus and coated it evenly onto an array of titanium dioxide nanorods to create a highly efficient photoanode for artificial photosynthesis
Scientists created a catalyst from iron, manganese and phosphorus and coated it evenly onto an array of titanium dioxide nanorods to create a highly efficient photoanode for artificial photosynthesis. / Scienziati hanno creato un catalizzatore di ferro, manganese e fosforo e rivestite uniformemente su un array di nanotubi di biossido di titanio per creare un fotoanodo altamente efficiente per la fotosintesi artificiale
Whitmire said the catalyst is grown from a molecular precursor designed to produce it upon decomposition, and the process is scalable. The Rice lab combined iron, manganese and phosphorus (FeMnP) into a molecule that converts to a gas when vacuum is applied. When this gas encounters a hot surface via CVD, it decomposes to coat a surface with the FeMnP catalyst.
The researchers claim their film is “the first heterobimetallic phosphide thin film” created from iron, manganese and phosphorus that starts out as a single precursor. The resulting films are said to contain stable hexagonal arrays of atoms that had only been seen at temperatures above 1,200°C. The Rice films were created at 350°C in 30 minutes.
“Temperatures above 1,200°C destroy the semiconductor array,” Whitmire said in a statement. “But these films can be made at low temperatures, allowing them to evenly coat and interact with the photo absorber and create a hybrid electrode.”
The researchers coated the three-dimensional arrays of titanium dioxide nanorods with the metallic-looking film. The composite material showed potential as a high-surface-area semiconductor for photoelectrochemical cells.
Growing the transition metal coating directly onto the nanorods allows for maximum contact between the two, Whitmire said. “That metallic, conductive interface between the semiconductor and the active catalytic surface is key to the way this device works,” he said.
The film also has ferromagnetic properties, in which the atoms’ magnetic moments align in the same direction. The film has a low Curie temperature, the temperature at which some materials’ magnetic properties need to be induced. That could be useful for magnetic refrigeration, the researchers said.
Having established their technique, Whitmire said it would now be much easier to investigate hybrid catalysts for many applications, including petrochemical production, energy conversion and refrigeration.

ITALIANO

Gli scienziati hanno creato un catalizzatore ossigeno-evoluzione che si combina con semiconduttori per la scissione dell'acqua con la luce del sole, un metodo che assiste la conversione dell'energia solare in energia chimica sotto forma di idrogeno e ossigeno.
La scoperta è stata fatta nel laboratorio di Kenton Whitmire, un professore della Rice University di chimica, con l'assistenza di ricercatori presso l'Università di Houston.
Essi hanno scoperto che facendo crescere uno strato di un catalizzatore attivo direttamente sulla superficie di una matrice di nanocubi per assorbimento di luce potrebbe essere realizzata una fotosintesi artificiale che potrebbe dividere l'acqua basandosi su tutto il potenziale teorico del semiconduttore di assorbimento di luce con la luce solare.
Trovare una fonte pulita e rinnovabile del combustibile a idrogeno è già al centro di ricerca, ma la tecnologia è ancora da commercializzare, ma un metodo promettente si basa attraverso un catalizzatore di ossigeno-evoluzione che divide l'acqua in idrogeno e ossigeno.
Per la loro ricerca, il gruppo Riso ha combinato ferro, manganese e fosforo in un precursore che può essere depositato direttamente su qualsiasi substrato senza danneggiarlo.
Per dimostrare il materiale, il laboratorio ha collocato il precursore nella sua deposizione di vapore chimico personalizzato (CVD) in un forno e lo ha usato per rivestire una matrice di nanotubi semiconduttori, realizzati con biossido di titanio fotoassorbente. Il materiale combinato - un fotoanodo - dimostra di avere una stabilità eccellente e riesce a raggiungere una densità di corrente di 10 mA per centimetro quadrato.

Whitmire ha detto che il catalizzatore viene coltivato da un precursore molecolare progettato per produrre la decomposizione, e il processo è scalabile. La Rice laboratorio ha combinato ferro, manganese e fosforo (FeMnP) in una molecola che converte in un gas quando si applica il vuoto. Quando questo gas incontra una superficie calda tramite CVD, si decompone per rivestire una superficie con il catalizzatore FeMnP.
I ricercatori sostengono che il film è “il primo eterobimetallico fosfuro film sottile” creato da ferro, manganese e fosforo che inizia come un singolo precursore. Le pellicole risultanti sono detti contenere matrici esagonali stabili di atomi che erano stati osservati soltanto a temperature superiori a 1200 ° C. I film di Rice sono stati creati a 350 ° C in 30 minuti.
“Temperature superiori a 1200 ° C distruggono la matrice dei semiconduttori,” ha detto Whitmire in una nota. “Ma questi film possono essere realizzati a basse temperature, permettendo loro di essere distribuiti in modo  uniforme  e interagire con la luce di assorbimento e di creare un elettrodo ibrido.”
I ricercatori hanno  rivestito le matrici tridimensionali di titanio biossido di nanocubi con la pellicola dall'aspetto metallico. Il materiale composito ha mostrato potenziale come semiconduttore ad alta area superficiale per celle fotoelettrochimiche.
Crescendo il rivestimento di metallo di transizione direttamente sui nanotubi permette il massimo contatto tra i due, Whitmire ha detto. “Questo interfaccia metallica conduttiva tra il semiconduttore e la superficie catalitica attiva è la chiave per il modo in cui questo dispositivo funziona”, ha detto.
Il film ha anche proprietà ferromagnetiche, in cui i momenti magnetici degli atomi si allineano nella stessa direzione. Il film ha una bassa temperatura di Curie, la temperatura alla quale le proprietà magnetiche di alcuni materiali devono essere indotti. Questo potrebbe essere utile per la refrigerazione magnetica, i ricercatori hanno detto.

Dopo aver stabilito la loro tecnica, Whitmire ha detto che sarebbe ora molto più facile da studiare catalizzatori ibridi per molte applicazioni, tra cui la produzione petrolchimica, la conversione di energia e la refrigerazione.


Da:

https://www.theengineer.co.uk/new-catalyst-promotes-artificial-photosynthesis/?cmpid=tenews_3231505

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