Puolijohdemateriaalit mahdollistavat vihreän vedyn tuotannon (valo)sähkökemiallisesti, osoittaa Jyväskylän yliopiston tutkimus.
Tutkijoiden uudenlaiset atomitason simulaatiot ja tarkat sähkökemialliset kokeet paljastivat reaktioiden perusmekanismeja ja tukevat uusien materiaalien kehittämistä.
Tutkimuksessa tunnistettiin myös uusi ilmiö: ulkoisen potentiaalin synnyttämät paikalliset varaukset voivat aktivoida reaktion titaanidioksidi‑puolijohde-elektrodien pinnalla.
Jyväskylän yliopiston lisäksi tutkimukseen osallistui kiinalaisia yliopistoja ja tutkimuslaitoksia.
Tulokset on julkaistu Nature Communications -lehdessä.
Uusi mallintamismenetelmä
Jyväskylän yliopiston kemian laitoksessa kehitetty uusi menetelmä, niin sanottu sisäpotentiaali-tiheysfunktionaaliteoria on mahdollistanut puolijohteiden sähkökemian mallintamisen.
”Tässä tutkimuksessa sovelsimme menetelmää vedynkehitysreaktion tutkimiseen siten, että pystyimme sekä mallintamaan että kokeellisesti mittaamaan, miten elektrodipotentiaalin muuttaminen käynnistää vedyn muodostumisen”, kertoo akatemiatutkija Marko Melander.
Yhteistyökumppanien kanssa tekemiensä laskujen perusteella tutkijat ennustivat, että titaanidioksidipinnalla voi muodostua paikallisia varauskeskuksia eli niin sanottuja polaroneja, jotka katalysoivat vedyn muodostusta.
Tarkat kokeelliset mittaukset varmensivat
Laskennallisten ennustusten kokeellinen testaaminen oli haaste, joten perinteisten sähkökemiallisten mittausten ohella käytettiin edistyneitä tutkimusmenetelmiä.
Tutkijat hyödynsivät laskennallisten tulosten varmentamisessa esimerkiksi valosähkökemiallisia ramanmittauksia, reaktionaikaista elektroniresonanssispektroskopiaa ja reaktionaikaista fotoelektronispektroskopiaa.
”Yhteistyökumppaniemme tekemät kokeet olivat erittäin vaativia ja työläitä”, kuvailee professori Karoliina Honkala.
Ne osoittivat kuitenkin suoraan, että elektrodipotentiaalin muuttaminen johtaa polaronien muodostumiseen.
”Nämä keskukset mahdollistavat vedynkehitysreaktion titaanidioksidi-elektrodeilla sekä todennäköisesti myös muilla puolijohteilla.”
Lue myös:
Jyväskylän yliopiston vetytutkimukselle lisää vauhtia uudella Cefmof-rahoituksella
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
