В 2019 году профессор Домен Казунари и его коллеги по специальному контракту Университета Шиншу разработали порошкообразный оксисульфидный фотокатализатор Y 2 Ti 2 O 5 S 2 , который поглощает солнечный свет с длиной волны ниже 650 нм и расщепляет воду на водород и кислород.
Этот фотокатализатор непрерывно расщепляет воду на водород и кислород в объемном соотношении 2:1 в течение 20 часов, и теоретически можно ожидать достижения эффективности преобразования более 10%. Однако текущая эффективность преобразования составляет менее 1%, и необходимо дальнейшее усовершенствование фотокатализатора, но принципы не были ясны.
В сотрудничестве с партнерами по исследованиям исследователи AIST выяснили условия, необходимые для оксисульфидного фотокатализатора Y 2 Ti 2 O 5 S 2 , который расщепляет воду на водород и кислород под действием видимого света , для достижения эффективности преобразования солнечной энергии в энергию реакции ( далее «эффективность преобразования») более 10% для практического использования.
В этом исследовании с помощью спектроскопии нестационарного поглощения была зарегистрирована концентрация фотовозбужденных носителей Y 2 Ti 2 O 5 S 2 во времени в диапазоне шести порядков величины от 1 пикосекунды до 1 микросекунды, а также физические свойства, такие как время жизни фотовозбужденного носителя (далее «время жизни носителя») в виде порошка были получены путем анализа зарегистрированных данных.
Затем было выполнено моделирование с использованием физических свойств, чтобы получить взаимосвязь между эффективностью преобразования и размером частиц порошка. Было обнаружено, что эффективность преобразования может превышать 10% при уменьшении размера частиц менее 1 микрометра. Кроме того, анализ моделирования, предполагающий, что эффект легирования увеличивает время жизни носителей, показал, что эффективность преобразования превышает 10% за счет снижения концентрации электронов до 1/100 текущего уровня.
Результаты этого исследования дают количественные ориентиры для дальнейшего повышения эффективности преобразования оксисульфидных фотокатализаторов и разработки новых материалов, которые более эффективно генерируют водород из воды.
