Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych

Nasz zespół bada hybrydowe nanostruktury dla czystej energii i środowiska, koncentrując się na mechanizmach nanokatalitycznych zwiększających efektywność, selektywność i skalowalność w konwersji energii słonecznej na chemiczne oraz remediacji środowiskowej za pomocą fotokatalizy i elektrokatalizy. Najnowsze osiągnięcia obejmują nanomateriały 2D, nanokompozyty węglowe oraz heterozłącza oparte na metabisulfitach do zastosowań fotoredoxowych w ewolucji wodoru, konwersji CO2, formowaniu tworzyw sztucznych i syntezie organicznej, co zwiększa efektywność chemiczną i zrównoważenie energii słonecznej. Moja praca koncentruje się na tworzeniu zaawansowanych nanokatalizatorów do sztucznej fotosyntezy i katalizy fototermicznej, osiągając znaczące ulepszenia w produkcji wodoru i gazu syntezowego napędzanego energią słoneczną, jednocześnie koncentrując się na fundamentalnej chemii powierzchni i mechanizmach reakcji, które napędzają trwałe konwersje energii.

Nasz protokół wykorzystuje siarczek miedzi zamiast siarczku kadmowego pomiędzy złączami szybkiego przenosu, wurtzitu i cynkowego blendu oraz złożami elektronowymi siarczku miedzi cynkowej, umożliwiając lepsze rozdzielanie ładunku, wykorzystanie światła widzialnego oraz podwójne ewolucje wodoru i produkcję benzaldehydu z wyraźnie zwiększoną efektywnością. Moje przyszłe badania koncentrują się na projektowaniu zaawansowanych fotokatalizatorów i elektrokatalizatorów do konwersji tlenku węgla, metanu, przetwarzania azotanów w amoniak, produkcji i magazynowania wodoru, konwersji biomasy oraz recyklingu plastiku, z celem osiągnięcia skalowalnych, wydajnych i zrównoważonych zastosowań energii słonecznej i chemicznej o efektywności ponad 5%. Na początek umieść na powierzchni roboczej zlewkę o pojemności 100 mililitrów i wlej do niej 40 mililitrów roztworu glikolu etylenowego. Za pomocą łopatki dodaj do roztworu dwuhydrat octana, tetrahydrat octana kobaltu oraz tioacetamid.

Poddaj roztwór zabiegowi ultradźwiękowemu przez 30 minut. Następnie mieszaj przez cztery godziny w temperaturze otoczenia. Przelej powstałą mieszaninę do syntetycznego autoklawu ze stali nierdzewnej wyłożonej polimerem o masie 100 mililitrów.

Następnie przelej roztwór do nagrzanego piekarnika i podgrzej w 180 stopniach Celsjusza przez 12 godzin. Za pomocą wirówki zbierz ciemnoszary osad. Następnie przemyj osad trzy razy, za każdym razem wodą dejonizowaną i etanolem.

Susz umytą ciemnoszarą próbkę w piecu na noc w temperaturze 60 stopni Celsjusza, aby uzyskać ciemnoszary proszek siarczku kobaltu. Aby zsyntetyzować siarczek kadm, należy wlać 40 mililitrów wody dejonizowanej do zlewki o pojemności 100 mililitrów. Za pomocą szpatułki dodaj do roztworu dwuchlorek octana, dwuchlorek octana kadmu, hydrat siarczku sodu oraz tioacetamid.

Poddaj roztwór ultradźwiękowej obróbce przez 30 minut, a następnie mieszaj przez trzy godziny w temperaturze otoczenia. Następnie dodaj roztwór wodny o stężeniu 0,2 mola w roztworze wodnym do mieszanego roztworu, aby dostosować pH do 7,0. Przelej zmieniony roztwór do syntetycznego autoklawu ze stali nierdzewnej wyłożonej polimerem o masie 100 mililitrów.

Następnie umieść roztwór w piekarniku i podgrzej go w 180 stopniach Celsjusza przez 24 godziny. Za pomocą wirówki zbierz żółtawy osad, a następnie przemyj go trzy razy wodą dejonizowaną i etanolem. Przelej umyty żółtawy osad do piekarnika i wysusz przez noc w 60 stopniach Celsjusza, aby uzyskać stały proszek z siarczku kadmowego.

Aby zsyntetyzować fotokatalizator, rozpuścić 4 miligramy siarczku kobaltu oraz 0,196 grama siarczku kadmowego w 40 mililitrach wody zdejonizowanej. Po ultradźwiękach zbieraj żółtawy osad, a następnie przemyj próbkę trzykrotnie, za każdym razem wodą dejonizowaną i etanolem. Przełóż umyte żółtawy osad do piekarnika i wysusz przez noc w 60 stopniach Celsjusza.

Końcowym produktem jest żółtawy siarczek kobaltu cynkowego i siarczku kadmowego w postaci stałego proszku. Dodaj 20 miligramów syntetycznego fotokatalizatora oraz 60 mililitrów wodnego roztworu alkoholu benzylowego do zlewki o pojemności 100 mililitrów. Włóż zlewkę do czyszczenia ultradźwiękowego i wykonaj ultradźwięk przez 30 minut.

Następnie przelej roztwór do ogniwa reaktora napromieniującego z trzema sznurami i włóż magnetyczny mieszadło. Utrzymuj roztwór pod powolnym mieszaniem przez cały proces reakcji. Następnie podłącz pułapkę wilgoci do dolnej części komórki reaktora.

Następnie podłącz wylot do wlotu pętli próbkowania gazu systemu chromatografii gazowej. Ponadto należy połączyć wylot pętli próbkowania gazu z wlotem komórki reaktorowej, tworząc zamknięty system cyrkulacji gazu. Uszczelnij reaktor szklanym oknem.

Następnie przez reaktor przez 30 minut usuwaj gaz azotowy z przepływem 50 mililitrów na minutę, aby usunąć całe powietrze z środka. Teraz włącz pompę perystaltyczną i ustaw przepływ na 20 mililitrów na minutę, aby cyrkulować gaz azotowy w zamkniętym systemie cyrkulacji gazu. Włącz lampę ksenonową na 15 woltów i ustaw ją tak, aby światło przechodziło przez szybę i docierało do roztworu wewnątrz reaktora.

Po zakończeniu reakcji, używając nylonowego filtra strzykawkowego o średnicy 0,22 mikrometra, przefiltruj jeden mililitr zawiesiny. Rozcieńcz filtrowaną zawiesinę wodą dejonizowaną w stosunku 1 do 9. Na koniec należy użyć wysokowydajnego systemu chromatografii cieczowej wyposażonego w detektor matrycy fotodiodowej oraz wysokowydajną kolumnę 100 Angstromów.

Obrazy z mikroskopii transmisyjnej transmisyjnej potwierdziły współistnienie faz cynkowego i wurtzitu w siarczku kadmu, a granica międzyfazowa wyraźnie wyróżniła dwie domeny krystaliczne. Wyraźnie zaobserwowano strukturę międzyfazową heterozłącza siarczku kobaltu i siarczku kadmu, co wykazało pomyślne wprowadzenie siarczku kobaltu do międzyfaz mieszanki cynkowej i wurtzitowej siarczku kadmowego. Widma widzialnej absorpcji UV wykazały, że siarczek kadmowego miał wyższą absorpcję w obszarze widzialnym w porównaniu do siarczku kobaltu, a heterozłącze siarczku kobaltu i siarczku kadmowego wykazywało nieco zwiększoną absorbencję w porównaniu do samego siarczku kadmowego.

Optyczna przerwa energetyczna siarczku i kadmu została obliczona na około 2,49 elektronu na podstawie analizy wykresu rozmów. Izotermy adsorpcji i desorpcji azotu wykazały, że próbki siarczku kobaltu i siarczku kadmu wykazują cechy mezoporowe, z gwałtownym wzrostem adsorpcji przy ciśnieniu względnym w okolicach 1,0. Rozkład wielkości porów siarczku kobaltu i siarczku kadmowego był skoncentrowany głównie między 25 a 35 nanometrami, co potwierdza mezoporowy charakter materiału.