Црниот TiO₂ апсорбира светлина во целиот спектар

Истражувачите во САД со хидрогенирање успеале да предизвикаат дефекти во структурата на титани диоксидните нанокристали и со тоа успеале да го зголемат количеството на сончева светлина кои го тие апсорбираат. Тие се надевале дека произведениот црн TiO₂ ќе може да се користи за производство на евтин водород кои ќе се користи како гориво.

TiO₂ нанокристалите се добро познати полупроводници и катализираат фотохемиски реакции како што е реакцијата на разложување на водата. Сепак, TiO₂ главно апсорбира во делот ултравиолетовиот дел од спектарот, па научниците се надеваат дека намалување енергетската разлика помеѓу валентната и првата неокупирана орбитала. Ова се смета дека ќе овозможи TiO₂ да апсорбира и видлива и инфрацрвена светлина.

Немодификуван бел и црн TiO2.

Претходно научниците успеале да ја намалат енергетската разлика помеѓу енергетските нивоа на TiO₂ со допингување на материјалот со метални и неметални или со воведување на дефекти во TiO₂ кристалите. Овие методи го зголемиле количеството на видлива светлина која материјалот ја апсорбирал - создавање на валкани кафени TiO₂ наночестички. Но, тие честички се уште не се апсорбираат и во инфрацрвениот дел од спектарот.

Samuel Mao, Peter Yu и нивните колеги од University of California во Беркли, користеле хидрогенирање за добивање на црната форма TiO₂, која ја апсорбира светлината во ултравиолетовата, видливата и инфрацрвена област од спектарот. Тие откриле дека процесот на хидрогенирање создава дефекти на површинскиот слој на нанокристалите. Врз основа на нивните пресметки водородот ги отстранува прекинатите титаниум-кислород врски, формирајќи комплекси кои ги намалуваат енергетските разлики на премините кои се случуваат во блискиот инфрацрвен дел од спектарот.

„Конечно успеавме во добивањето на TiO₂ со црна боја,“ вели Yu. „Добивме дури и повеќе од тоа. Добивме слој од црн TiO₂ на чија површина, повеќе или помалку, се наоѓа совршен TiO₂, па така површината апсорбира инфрацрвена и видлива светлина, а центарот на наночестичките и понатаму апсорбира ултравиолетова светлина.“

Max Lu, експерт за функционални наноматеријали на University of Queensland, Австралија, смета дека ова е значаен чекор напред во користењето на TiO₂ за фотокатализа. „Хидрогенирањето е нова и единствена метода помеѓу многуте методи за површински допинг или модификација на TiO₂ за зголемување фотокаталитичката активност на материјалот на видлива светлина.“

Истражувачите покажале дека добиениот TiO₂ е во можност да го катализираат фото-разложувањето на органски молекули многу подобро отколку нормалниот нанофазен TiO₂. Тие исто така откриле дека со користењето на овој материјал како катализатор разделувањето на водата до водород и кислород со сончева светлина е значително подобрено. „Во споредба со конвенционалните TiO₂ и други материјали, тој пројавува значително поголема ефикасност под истите услови", вели Мао.

Групата се надева дека оваа активност може да доведе до поевтини начини за производство на водород на чист и ефикасен начин. „Водород е потенцијално најчистите гориво за во иднина“, вели Мао. „Но во моментов добивањето на водородот е релативно скапо. Ако постои начин да се генерираат водород ефикасно и со ниска цена - само со додавање на посебен катализатор во водата и со осветлување со сончева светлина, може да се претпостави дека ова ќе стане еден од најевтините начини за да генерирате чисто гориво.