Новости химической науки > Черный оксид титана(IV) поглощает по всему спектру

Исследователи из США использовали гидрогенирование для разупорядочения нанокристаллов диоксида титана, что позволило увеличить количество солнечной энергии, поглощаемой этими кристаллами. Есть надежда, что полученный ими черный TiO₂ может использоваться для получения дешевого водородного топлива.

Нанокристаллы TiO₂ являются хорошими полупроводниками, которые могут катализировать реакции, протекающие под действием солнечного света, например, расщепление воды. Однако, TiO₂ преимущественно поглощает в ультрафиолетовой области спектра, поэтому ученые предположили, что уменьшение размеров запрещенной энергетической зоны (энергия между граничными орбиталями) позволит оксиду титана поглощать свет в видимой и инфракрасной области спектра.

Нанористаллы немодифицированного белого и разупорядоченного черного TiO₂. (Рисунок из Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1200448)

Ранее исследователи изменяли размеры запрещенной энергетической зоны с помощью легирования TiO₂ атомами металлов или неметаллов или вводя в строение кристаллов TiO₂ незначительные дефекты. Однако, хотя такие подходы увеличивали количество поглощаемого видимого света образующимися после обработки грязно-коричневыми наночастицами TiO₂, они не поглощали в инфракрасном диапазоне.

Самюэль Мао (Samuel Mao) и Питер Ю (Peter Yu) из Университета Калифорнии (Беркли) для получения черной формы TiO₂ решили использовать гидрирование. Полученная исследователями черная форма оксида титана поглощает свет в УФ, ИК и видимой областях спектра. Было обнаружено, что процесс гидрирования создает неупорядоченные области в поверхностном слое нанокристалла. Теоретические оценки позволяли предположить, что водород не только внесет неупорядоченность в поверхность оксидов титана, но и может способствовать образованию комплексов, способных к поглощению в ближнем ИК.

Макс Лю (Max Lu), эксперт по функциональным материалам из Университета Квинсленда (Австралия) думает, что работа Мао и Ю представляет собой существенный прорыв в фотокаталитических процессах, ускоряющихся TiO₂. Подход, связанный с гидрированием, представляет собой новый и уникальный метод увеличения фотоактивности TiO₂ за счет поглощения света в широком диапазоне колебаний.

Исследователи продемонстрировали, что черная форма TiO₂ может катализировать фоторазложение органических молекул лучше, чем нормальный нанофазный TiO₂. Также была обнаружена способность новой модификации TiO₂ расщеплять воду на водород и кислород под действием солнечного света. Исследователи надеются, что высокая активность может привести к разработке более дешевого, экологически чистого и эффективного способа получения водорода.

Источник: Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1200448

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности