Исследователи разрабатывают органический полупроводниковый фотокатализатор с усиленной водородной эволюцией

В настоящее время большинство фотокатализаторов эволюции водорода (HEPs) изготавливаются из однокомпонентных неорганических полупроводников. Они способны поглощать свет только на длинах ультрафиолетовых волн, составляя менее 5% солнечного спектра, что ограничивает их эффективность. Однако фотокатализаторы, образованные из одного органического полупроводника, обычно страдают от неэффективного генерирования внутреннего заряда, что приводит к низкой фото каталитической активности.

В настоящее время команда во главе с Иеном МакКаллохом (Iain McCulloch) из Солнечного центра KAUST, в партнерстве с исследователями из США и Великобритании, разработала HEPs, изготовленные из двух различных полупроводниковых материалов. Они встроили эти материалы в органические наночастицы, которые могут быть настроены на поглощение большей части спектра видимого света.

Полученные фотокатализаторы демонстрируют беспрецедентно высокую скорость эволюции водорода, превышающую 60 000 мкмоль ч-1 г-1 при освещенности 350-800 нм, а внешний квантовый кпд более чем на 6% в области максимального потока солнечных фотонов. Статья об их работе опубликована в журнале «Nature Materials».

Сначала группа использовала метод, называемый миниэмульсией, при котором раствор органических полупроводников эмульгируется в воде с помощью стабилизирующего поверхностно-активного вещества. Затем они нагрели эмульсию для удаления растворителя, оставив после себя стабилизированные органические полупроводниковые наночастицы.

Варьируя поверхностно-активным веществом, они смогли контролировать структуру наночастиц, трансформируя их из структуры ядро-оболочка в смешанную донорскую/акцепторную структуру. Смешанная структура позволила им ввести гетеропереход между слоями донорского полимера и нефуллереновым акцептором.

Эволюция водорода в HEPs была на порядок выше, чем у однокомпонентных неорганических HEPs, что достижимо в настоящее время.