Fotokatalyysi on ilmiö, jossa valon vaikutuksesta katalyytti auttaa kemiallisten reaktioiden käynnistämisessä ilman ulkoista energianlähdettä. Tämä ilmiö on herättänyt suurta huomiota erityisesti ympäristönsuojelussa ja uusiutuvan energian tuotannossa, sillä se mahdollistaa saasteiden hajottamisen ja energian tuotannon valon avulla. Fotokatalyyttiset materiaalit, kuten titaanidioksidi (TiO2) ja sen johdannaiset, ovat olleet keskiössä tämän teknologian kehittämisessä. Näiden materiaalien tehokkuus on kuitenkin riippuvainen monista tekijöistä, kuten niiden rakenteesta, virheistä ja pinnan toiminnasta.

TiO2:n ja muiden puolijohteiden fotokatalyyttiset ominaisuudet voivat parantaa ympäristön puhtautta, etenkin vedenpuhdistuksessa ja ilman saasteiden poistamisessa. Yksi merkittävimmistä sovelluksista on orgaanisten yhdisteiden, kuten väriaineiden ja lääkeaineiden, hajottaminen saastuneessa vedessä. Esimerkiksi BiOBr ja TiO2 yhdistelmiä on tutkittu laajasti niiden kyvyn vuoksi hajottaa tetrasykliiniä ja amoksisilliiniä, jotka ovat yleisiä ympäristösaasteita. Tällaisilla materiaaleilla voidaan saavuttaa tehokkaita ja kestäviä puhdistustuloksia, sillä ne kykenevät aktivoitumaan näkyvän valon vaikutuksesta, mikä tekee niistä erityisen kiinnostavia ympäristön puhdistukseen aurinkovoimalla.

Erityisesti hapen vapaiden tilojen (oksigenikato) rooli on keskeinen fotokatalyyttisissä reaktioissa. Nämä tilat parantavat puolijohteen reagointikykyä valon kanssa, mutta myös mahdollistavat saasteiden nopeamman ja tehokkaamman hajottamisen. TiO2:n kaltaiset materiaalit, joissa on kehitetty tarkasti hapen vapaiden tilojen määrää, voivat tarjota merkittäviä etuja veden ja ilman puhdistuksessa. Oksigenikadon lisääminen tietyissä materiaaleissa voi myös parantaa niiden valonabsorptiokykyä ja laajentaa reaktiivisuusalueita näkyvään ja UV-valoon.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että fotokatalyyttisten prosessien optimointi vaatii monia eri lähestymistapoja, kuten materiaalien dopingin ja nanorakenteiden säätämistä. Esimerkiksi BiVO4:n ja TiO2:n yhdistelmät ovat saaneet huomiota niiden parantuneiden fotokatalyyttisten ominaisuuksien vuoksi, kuten optisten ominaisuuksien ja sähkökemiallisten reaktioiden optimointi. Doping-tekniikat, kuten typpi- ja hiilidoping, voivat lisätä materiaalin valon absorptiota ja reaktiivisuutta, samalla kun ne parantavat niiden stabiilisuutta ja kestävyyttä reaktiivisissa olosuhteissa.

Erityisesti TiO2:n ja muiden puolijohteiden fotokatalyyttiset sovellukset ulottuvat laajalle alueelle, mutta niiden käyttöön liittyy myös haasteita. Yksi keskeisistä ongelmista on materiaalien tehokkuus ja pitkäaikainen kestävyys. Fotokatalyyttisten reaktioiden tehokkuus voi laskea pitkän aikavälin käytön myötä, ja siksi uusien materiaalien kehittäminen ja optimointi on elintärkeää. Nykyaikaiset tutkimukset keskittyvätkin entistä enemmän fotokatalyyttisten materiaalien kehittämiseen, jotka pystyvät säilyttämään tehokkuutensa pitkään ja tarjoavat taloudellisesti kannattavia ratkaisuja.

Ympäristön kannalta fotokatalyysi voi tuoda merkittäviä etuja. Se voi olla ratkaisu moniin ympäristöongelmiin, kuten saastuneiden vesistöjen puhdistamiseen ja ilmansaasteiden vähentämiseen. Kun fotokatalyyttisiä prosesseja yhdistetään uusiutuvan energian tuotantoon, kuten aurinkoenergiaan, voimme saavuttaa kestävämpiä ja vähemmän saastuttavia teollisia prosesseja. Tämä voi puolestaan avata uusia mahdollisuuksia puhtaampien energianlähteiden kehittämiseen, joissa valon hyödyntäminen on keskiössä.

Tulevaisuuden tutkimus ja kehitys tulevat todennäköisesti keskittymään erityisesti fotokatalyyttisten materiaalien tehokkuuden parantamiseen ja niiden sovellettavuuteen teollisessa mittakaavassa. Samalla kun materiaalit kehittyvät, myös niiden käytön laajentuminen energian tuotantoon ja ympäristön puhdistamiseen tulee olemaan keskeistä.

Miten kobolttioksidi vaikuttaa palladium-nanohiukkasten elektrokatalyyttiseen aktiivisuuteen happireduktion reaktiossa?

Kobolttioksidi (CoOx) on osoittanut merkittäviä parannuksia elektrolyyttisten reaktioiden suorituskyvyssä, erityisesti happireduktion reaktiossa (ORR). Tutkimukset ovat paljastaneet, että CoOx/NC (hiili-nitrogeenipohjainen) tukirakenteiden avulla voidaan parantaa palladium (Pd) nanohiukkasten aktivoitumista ja sähkökemiallista aktiivisuutta. Tämä ilmiö on erityisesti merkittävä polttokennojen ja muiden energian varastointijärjestelmien kehityksessä, joissa tarvitaan tehokkaita ja kestäviä katalyyttimateriaaleja. CoOx:n lisäys palladiumin pinnalle saattaa johtaa siihen, että koodattu palladium-nanohiukkasten pintarakenteet saavat lisääntynyttä aktiivisuutta ja kestävämmän toiminnan pitkällä aikavälillä. Tämä parantaa merkittävästi polttokennojen kokonaistehokkuutta ja käyttöikää.

Nanohiukkasten ja kobolttioksidin vuorovaikutus vaikuttaa useisiin keskeisiin tekijöihin, kuten pintakatalyysiin, hapen siirtoon ja sähkökemiallisiin ominaisuuksiin. Näitä tekijöitä yhdistämällä voidaan kehittää uusia materiaaleja, jotka eivät vain paranna polttokennojen suorituskykyä, vaan myös lisäävät niiden pitkäaikaista luotettavuutta ja kestävyyttä. Esimerkiksi CoOx:lla tuettu Pd-nanohiukkasjärjestelmä voi myös mahdollistaa laajemman käyttöalueen polttokennoissa, joissa reaktiivisuus ja tehokkuus ovat avainasemassa.

Tässä yhteydessä on tärkeää huomioida, että CoOx ei ainoastaan edistä palladiumin katalyyttistä aktiivisuutta, vaan myös parantaa sen sähkökemiallista pintaa, mikä johtaa parempaan hapen pelkistymisreaktioon (ORR). Tällaiset katalyyttiset reaktiot ovat olennaisia erityisesti polttokennojen toiminnassa, sillä ne määrittävät, kuinka tehokkaasti ja nopeasti sähköenergiaa voidaan tuottaa. ECSA (elektroaktiivinen pinta-ala) ja MA (molekyylien adsorptio) ovat molemmat tärkeitä tekijöitä, jotka määrittävät materiaalin tehokkuuden reaktiossa.

CoOx:n ja palladiumin yhdistelmä saattaa myös tuoda mukanaan etuja muihin katalyyttisiin reaktioihin, kuten vetyoksidaatioon tai metanolireaktioihin, joissa kyseinen materiaali voisi osoittaa erityistä potentiaalia. Koska CoOx tukee palladiumin aktivointia ja stabiloi sen pinnan, sillä voisi olla laajempaa sovellusta myös muilla energia-alan sovelluksilla, kuten vetyä tuottavissa elektrokatalyyttisissä prosesseissa.

Tätä teknologiaa ei kuitenkaan voida pitää itsestään selvyytenä, sillä sen optimointi on monivaiheinen prosessi, jossa otetaan huomioon useita muuttujia. Yksi keskeisistä haasteista on kobolttioksidin vaikutuksen tarkka kontrollointi materiaalin pinnalla. Eri synteettiset menetelmät, kuten nanohiukkasten säätö ja CoOx:n rakenteen hienosäätö, voivat vaikuttaa merkittävästi siihen, kuinka hyvin nämä materiaalit toimivat todellisissa käyttöolosuhteissa.

Lisäksi on huomioitava, että palladiumin ja kobolttioksidin vuorovaikutus ei ole yksiselitteinen. Tietyt olosuhteet voivat johtaa siihen, että CoOx toimii epävakaasti tai jopa heikentää palladiumin aktiivisuutta. Näin ollen on tärkeää kehittää tarkempia valmistusmenetelmiä, jotka pystyvät optimoimaan näiden kahden materiaalin yhteisvaikutuksen ja varmistamaan pitkäaikaisen ja tehokkaan toiminnan.

Tämän lisäksi on tärkeää muistaa, että katalyyttisen aktiivisuuden parantaminen ei ole pelkästään materiaalin optimoinnista kiinni, vaan myös polttokennojen muiden osien, kuten kaasujakokerrosten ja ionivaihtopinnan, kehittämisestä. Koko järjestelmän tehokkuus riippuu siitä, kuinka hyvin kaikki osat toimivat yhdessä. Näin ollen CoOx-palladium-yhdistelmän lisäksi on pohdittava, kuinka muut materiaalit voivat tukea tai parantaa tämän järjestelmän kokonaissuorituskykyä.

Miten puolijohteiden karakterisointi vaikuttaa fotokatalyyttisten materiaalien kehitykseen ympäristönsuojelussa?

Puolijohteet ovat yksi merkittävimmistä materiaaleista, jotka mahdollistavat teknologian kehityksen monilla alueilla, erityisesti ympäristönsuojelussa, jossa niitä käytetään fotokatalyysissä. Fotokatalyysissä puolijohteet kykenevät hyödyntämään valoa kemiallisten reaktioiden käynnistämiseen, mikä tekee niistä erittäin hyödyllisiä esimerkiksi vedenpuhdistuksessa, ilmansuodatusprosessien parantamisessa ja ympäristön saasteiden poistamisessa. Materiaalien kehittäminen tähän tarkoitukseen vaatii kuitenkin perusteellista ymmärrystä niiden rakenteesta ja ominaisuuksista, jota voidaan saavuttaa vain huolellisella karakterisoinnilla.

Puolijohteiden rakenne, kuten kiteisyys, koko, muoto ja kemiallinen koostumus, vaikuttaa suoraan niiden optisiin, magneettisiin ja katalyyttisiin ominaisuuksiin. Näiden parametrien tarkka tutkimus on elintärkeää, jotta voimme hyödyntää puolijohteiden täyden potentiaalin. Kuten on jo havaittu, fotokatalyyttisten materiaalien tehokkuus riippuu usein niiden mikrorakenteesta, joten sen tutkiminen on keskeistä niiden soveltuvuuden arvioinnissa ympäristönsuojeluapplikaatioissa. Erityisesti silloin, kun materiaaleja suunnitellaan käytettäväksi auringonvalon hyödyntämisessä, kuten aurinkosähkön tuotannossa tai saastuneen veden puhdistuksessa, niiden optisten ominaisuuksien tuntemus on tärkeää.

Yksi yleisimmin käytetyistä tekniikoista puolijohteiden rakenteen arvioimisessa on röntgendiffraktio (XRD). XRD-menetelmä mahdollistaa puolijohteiden kiteisten rakenteiden tunnistamisen ja sen, onko materiaali amorfinen vai kiteinen. Amorfinen materiaali tuottaa diffraktogrammin, joka sisältää laajan nauhan ilman selvästi määriteltyjä huippuja, kun taas kiteinen materiaali tuottaa hyvin määriteltyjä huippuja. Tämä erotus on tärkeä, koska kiteiset materiaalit voivat monesti tarjota paremman fotokatalyyttisen aktiivisuuden kuin amorfiset materiaalit. Röntgendiffraktiota käytetään myös havaitsemaan materiaalien virheelliset rakenteet, kuten doopatut tai korvattavat kationit tai anionit, jotka voivat vaikuttaa materiaalin reaktiivisuuteen ja sen soveltuvuuteen ympäristönsuojelukäyttöön.

Röntgendiffraktiotiedot voivat myös auttaa selventämään, kuinka tietyt muutokset materiaalin koostumuksessa, kuten ioninvaihdot tai kationien/substituutioiden vaikutukset, vaikuttavat puolijohteen fotokatalyyttisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi bioksiditrionaattiin (BiOBr) lisätty kloridi voi siirtää diffraktiokärkien sijaintia ja muuttaa materiaalin fotokatalyyttistä tehokkuutta, mikä on tärkeää ympäristön saasteiden poistamisessa. Samankaltaiset rakenteelliset muutokset voivat vaikuttaa myös materiaalin kykyyn poistaa orgaanisia yhdisteitä, kuten lääkkeitä ja väriaineita saastuneista vesistä.

Näiden teknisten analyysimenetelmien avulla voidaan saavuttaa syvällisempi ymmärrys siitä, miten tietyt materiaalimuutokset parantavat fotokatalyyttisen suorituskyvyn. Optimaalinen materiaalin valinta ja sen rakenne voivat merkittävästi parantaa sen kykyä hajottaa saasteita ja edistää ympäristönsuojelua. Tämä korostaa myös sitä, kuinka tärkeää on kehittää uusia, kestävämpiä synteesistrategioita ja valmistusmenetelmiä, jotka voivat tuottaa haluttuja materiaaleja tehokkaasti ja taloudellisesti.

Toinen tärkeä tekijä puolijohteiden soveltamisessa fotokatalyyttisiin prosesseihin on se, kuinka materiaalien optisia ominaisuuksia voidaan muokata niiden fotokatalyyttisen aktiivisuuden parantamiseksi. Valon aallonpituus, jolla materiaali on aktiivinen, on kriittinen tekijä erityisesti silloin, kun pyritään hyödyntämään auringonvaloa, joka kattaa laajan aallonpituusalueen. Tällöin puolijohteiden optisia ominaisuuksia voidaan säätää esimerkiksi säilyttämällä tai parantamalla niiden valon absorptiota tietyillä aallonpituuksilla, kuten UV- ja näkyvillä alueilla.

Yksi keskeinen alue on ns. Z-skeeman rakenteiden kehittäminen. Z-skeemat parantavat fotokatalyyttistä tehokkuutta erityisesti, kun materiaaleja yhdistetään yhteen monimutkaiseksi heterostruktuuriksi, kuten g-C3N4/Ag2WO4- tai AgBr/β-Ag2WO4-komposiitit. Tällöin voidaan saavuttaa tehokas energia-siirto ja valon hyödyntäminen useilla eri tasoilla, mikä parantaa reaktiivisten happiradikaalien tuotantoa ja optimoi materiaalin kykyä hajottaa saasteita ympäristössä.

Lopuksi on huomattava, että fotokatalyyttisten materiaalien kehitys ei ole pelkästään kemian ja materiaalitieteen kysymys. Myös ympäristön olosuhteet ja sovelluskohteet ovat tärkeitä huomioitavia tekijöitä. Esimerkiksi tietyt puolijohteet voivat olla erityisen tehokkaita tietyntyyppisten saasteiden hajottamisessa, mutta ne saattavat olla vähemmän tehokkaita muissa ympäristöolosuhteissa. Tämän vuoksi materiaalien kehityksessä ja soveltamisessa on otettava huomioon monipuolinen ymmärrys ympäristön, materiaalin ja reaktiivisten prosessien vuorovaikutuksista.

Miten puolijohteiden optinen kaistaleveys määräytyy eri mittausmenetelmien mukaan?

Optinen kaistaleveys puolijohteissa, kuten Ge, Si ja GaAs, vaihtelee merkittävästi sen mukaan, millä menetelmällä se mitataan. Tähän liittyy useita lähestymistapoja, kuten eksponentiaalinen ekstrapolaatio hajoamisreflektanssikäyrästä tai Taucin ja Cody'n kaistaleveysmenetelmät, jotka voivat johtaa pieniin eroihin saaduissa tuloksissa. Käytännössä nämä eroavaisuudet voivat olla jopa 0.87 eV, kuten P25-materiaalin tutkimuksista on käynyt ilmi, jossa anatasiitti ja rutiili-faasit eroavat kaistaleveyskäyttäytymiseltään merkittävästi.

Erilaiset mittausmenetelmät johtavat usein epätarkkoihin tuloksiin, ja nämä voivat vaikuttaa suuresti fotokatalyysimateriaalien kuten TiO2 ja BiVO4 tarkempaan arviointiin. Welter ja kollegat (2023) totesivat, että DAD ja MKM -menetelmät tuottavat tarkimpia kaistaleveyksiä TiO2-materiaaleille, kun taas sulfidi-pohjaisille materiaaleille DRS ja MKM menettelyt antavat luotettavimmat tulokset. Samoin niobaatteja ja bismutti-vanadaattia käsitellessä TP ja KM menetelmät ovat tarkempia. Tämä osoittaa, kuinka tärkeää on valita oikea mittausmenetelmä saadakseen luotettavaa tietoa materiaalin optisista ominaisuuksista.

Laskennallisia menetelmiä, kuten tiheysfunktionaaliteoria (DFT), on myös käytetty puolijohteiden kaistaleveyksien ennustamiseen. DFT:n avulla saatujen kaistaleveyksien tarkkuus kuitenkin alittaa usein kokeelliset arvot, sillä menetelmässä esiintyvä vaihto-potentiaalin arviointi on usein liian aliarvioitu. Uudet tutkimukset, kuten Patra ja kollegojen (2022) kehittämät muokatut Becke-Roussel-potentiaalit ja Becke-Johnson -potentiaalit, parantavat kaistaleveyksien ennustetarkkuutta erityisesti kapeakaistaisille ja laajakaistaisille puolijohteille. Nämä parannukset ovat merkittäviä erityisesti aurinkokenno- ja fotokatalyyttisovelluksissa, joissa tarkat kaistaleveyksiä koskevat ennusteet ovat elintärkeitä.

Useat laskennalliset menetelmät, kuten HSE06 ja GLLB-SC potentiaalit, tarjoavat hyviä tuloksia laajakaistaisille puolijohteille. Erityisesti HSE06-menetelmä on osoittautunut tarkaksi, vaikka se vaatii runsaasti laskentatehoa ja aikaa. Kuitenkin uudemmat menetelmät, kuten ACBN0, tarjoavat tarkkuuden ja resurssien käytön optimaalisella tasolla, erityisesti suurempien kaistaleveyksien omaaville materiaaleille.

On tärkeää huomata, että puolijohteiden kaistaleveyksien tarkkuus ja ennustettavuus vaihtelevat merkittävästi käytetyn menetelmän mukaan. Tämä vaikuttaa suoraan materiaalien soveltuvuuteen erilaisiin ympäristösovelluksiin, kuten fotokatalyysiin, jossa oikean kaistaleveyden arviointi on ratkaisevan tärkeää materiaalien suorituskyvyn optimoinnissa.

Tieto siitä, kuinka eri menetelmät vaikuttavat kaistaleveyksien mittaustarkkuuteen, antaa tutkijoille ja insinööreille paremmat työkalut valita oikeat materiaalit ja prosessit tulevaisuuden ympäristösovelluksiin. Samalla se auttaa ymmärtämään puolijohteiden ominaisuuksia ja niiden käytettävyyttä erityisesti uusiutuvan energian sovelluksissa, kuten aurinkokennoissa ja vesihajotuksessa.

Miten puolijohteiden heteroliitokset vaikuttavat fotokatalyyttisiin sovelluksiin ja energian tuotantoon?

Heteroliitokset puolijohdemateriaaleissa ovat keskeinen tekijä fotokatalyyttisten ja fotoelektrokatalyyttisten järjestelmien suorituskyvyn parantamisessa, erityisesti vedyn tuotannossa ja ympäristön puhdistamisessa. Liu et al. (2019) ovat esimerkiksi valmistaneet Pt/CuWO4/Co3O4-fotoanodin, joka mahdollistaa tehokkaan veden jakamisen fotoelektrokemiallisessa solussa. Tässä järjestelmässä CuWO4 ja Co3O4 puolijohteiden muodostama p-n-heteroliitos vähentää valon vaikutuksesta syntyvien varauksien rekombinaatiota, ja Co3O4 toimii ko-katalyyttinä. Pt puolestaan parantaa elektronin keräämistä ja tehostaa veden pinnan hapettumista, muodostamalla ternäärisen rakenteen, joka hyödyntää synergististä vaikutusta.

Ko-katalyyttien käyttö puolijohteiden pintojen funktionalisointiin on lupaava strategia, joka mahdollistaa pintojen redoksireaktiosivustojen tarjoamisen alhaisemmilla ylivirta-arvoilla. Pt/CuWO4/Co3O4-fotoanodin tapauksessa puolijohteiden yhdistäminen ja Pt:n lisääminen tuottivat fotovirran arvolla 4,4 mA/cm² 1,23 V:ssa (vs. RHE) ja mahdollistivat tehokkaan veden jakamisen, mikä osoittaa tämän strategian tehokkuuden puhtaan energiateknologian sovelluksissa.

Erilaiset puolijohteiden heteroliitokset voivat myös olla p-n-tyypin yhdistelmiä, joissa toinen puolijohde on n-tyypin (elektronien enemmistö) ja toinen p-tyypin (aukkojen enemmistö) puolijohde. Tässä rakenteessa n-alueen vapaat elektronit houkuttelevat p-alueen aukkoja ja reagoivat muodostaen sähkövirran, mikä luo tehokkaan varauksensiirtorajatilan. Tämän ilmiön hyödyntämiseksi Kang et al. (2023) kehittivät uudenlaisen p−t−n-heteroliitoksen, jossa Ta:Fe2O3:n ytimeen on päällystetty p-CaFe2O4-kuori, ja joka mahdollistaa tehokkaan fotokatalyyttisen veden hapettamisen. Tässä rakenteessa Ta-dopaus parantaa suorituskykyä, ja mikroaaltouunilla suoritettu lämpökäsittely mahdollistaa tasaisen lämmityksen ja tarvittavat korkeat lämpötilat CaFe2O4:n synteesissä.

Heteroliitoksen toiminnan optimointi vaatii syvällistä ymmärrystä puolijohteiden elektronisista ja optisista ominaisuuksista. Bandien kohdistuminen on tärkeää, sillä se vaikuttaa varauksenkuljetukseen ja erottumiseen, mikä parantaa fotokatalyyttistä tehokkuutta. Puolijohteilla on elektroninen rakenne, jossa valenssikaista ja johtamiskaista ovat erillään kaistalta (Ebg), joka on tavallisesti 1 eV−4 eV. Tämä kaistaero vaikuttaa merkittävästi puolijohteen optiseen vastaukseen, sillä kapeampi Ebg mahdollistaa näkyvän valon absorboinnin, kun taas laajempi Ebg yleensä imee ultraviolettivaloa. Tällä on suuri merkitys materiaalin soveltamisessa ja fotokatalyyttisessä tehokkuudessa.

Erilaiset puolijohdemateriaalit, kuten oksidit, on tutkittu intensiivisesti aurinkoenergian hyödyntämiseksi sähköenergian tuottamiseen, saastuttavien orgaanisten molekyylien hajoamiseen ja polttoainegassien kuten vihreän vedyn synteesissä. Tehokkaan veden jakamisen kannalta puolijohdemateriaalien johtamiskaistan energiatason (CB) on oltava negatiivinen vedyn muodostumisen potentiaalin (H2/H2O) suhteen, ja valenssikaistan (VB) tulee olla positiivinen, jotta se täyttää hapen muodostamisen vähimmäisvaatimukset (H2O/O2). Auringonvalon näkyvän valon alueella tapahtuva aktivointi on myös suotavaa fotokatalyyttisessä toiminnassa, erityisesti orgaanisten saasteiden hajoamisessa.

Materiaalien näkyvän valon absorptiokyvyn parantamiseen on kehitetty useita strategioita. Yksi perinteinen lähestymistapa on laajakaistaisten puolijohteiden dopaus, mikä luo rakenteessa vikoja, jotka mahdollistavat uusia absorptiotapoja ja lisäävät auringonspektrin hyödyntämistä. Lisäksi erilaisten puolijohteiden oksidien yhdistäminen heteroliitoksiksi tarjoaa tehokkaan strategian maksimoida näkyvän valon hyödyntämistä ja samalla minimoida varauksenkombinaatio. Tässä yhteydessä on tärkeää huomioida myös varauksen liikkuvuus, sillä se on ratkaiseva tekijä suorituskyvyn määrittämisessä.

Esimerkiksi Gao et al. (2023) tutkivat kovalenttisten orgaanisten kehysten (COFs) potentiaalia fotokatalyyteiksi vetyhydraattien tuotannossa. He käsittelivät COF:ien huonon varauksenerottelun haasteen suunnittelemalla 2D/2D-orgaanisen/epäorgaanisen suoran Z-skeemisen heteroliitoksen (TpTAP/CdS), joka paransi varauksen liikkuvuutta ja vähensi CdS:n fotokorroosiota. Tässä rakenteessa TpTAP-COF ja CdS muodostivat sisäisen sähkökentän, joka mahdollisti tehokkaan Z-skeemisen varauksensiirron.

Puolijohteiden heteroliitosten valmistusprosessissa kokeelliset olosuhteet voivat vaikuttaa merkittävästi järjestelmän fotokatalyyttisiin ominaisuuksiin. Tärkeimmät kontrolloitavat muuttujat ovat synteettisen prosessin pH, reagenssien pitoisuudet ja lämpötila. Liu et al. (2023) tutkivat lämpötilariippuvaista fotovasteen muutosta MoS2/VO2-heteroliitoksessa ja havaitsivat, että VO2:n metallieriste siirtyminen (MIT) voi säädellä optoelektrisiä ominaisuuksia. Tämä havainto parantaa Schottkyn liitoksen laatua ja lisää fotovastetta erityisesti MIT-lämpötilan lähellä.

Heteroliitosten ja puolijohteiden optimoidut rakenteet voivat merkittävästi edistää puhtaan energian tuottamista ja ympäristön puhdistamista. Tämän vuoksi niiden kehittäminen ja tutkiminen ovat keskiössä nykyisessä fotokatalyyttisten järjestelmien tutkimuksessa.

Miten totuudenmukaisuus vaikuttaa uutisten leviämiseen Twitterissä?
Kuinka Ronald Reagan Hyödynsi Racial Backlash -liikettä ja Verhokielet
Miten hoitaa lämpimän kauden viljelyksiä Floridassa ja muissa lämpimissä ilmastoissa?
Miten valita osto ja vuokraus hallituksen pääomahankkeissa?