Enerji Uygulamalarında Çok Fonksiyonlu Redoks Fotokatalizi için İkiz Kristal Yapılı ZnCoS/ZnCdS'nin Sentezi ve Performans Değerlendirmeleri

Ekibimiz, temiz enerji ve çevre için hibrit nanoyapıları inceler; güneş enerjisinden kimyasal dönüşümde verimlilik, seçicilik ve ölçeklenebilirliği artırmak ve fotokataliz ile elektrokataliz yoluyla çevresel iyileştirmede nanokatalitik mekanizmalara odaklanmaktadır. Son gelişmeler arasında hidrojen evrimi, CO2 dönüşümü, plastik reformu ve organik sentezde fotoredoks uygulamaları için 2D nanomalzemeler, karbon bazlı nanokompozitler ve metabisülfit bazlı heterojunksiyonlar yer almakta olup, böylece güneş enerjisi kimyasal verimliliği ve sürdürülebilirliği artırıyor. Çalışmalarım, yapay fotosentez ve fototermal kataliz için gelişmiş nanokatalizörler yaratmaya odaklandı; güneş enerjisiyle hidrojen ve senteza gazı üretiminde önemli iyileştirmeler elde ederken, sürdürülebilir enerji dönüşümlerini tetikleyen temel yüzey kimyası ve reaksiyon mekanizmalarını döndürdü.

Protokolümüz, hızlı atış, wurtzit ve çinkoblend birleşimleri ile çinko bakır sülfür elektron rezervuarları arasında çinko kadmiyum sülfü yerine çinko bakır sülfü kullanır; böylece üstün yük ayrımları, görünür ışık kullanımı ve çift fonksiyonlu hidrojen evrimleri ile benzaldehit üretimleri ile önemli ölçüde daha yüksek verimlilikle olanak tanır. Gelecekteki araştırmalarım, karbon monoksit dönüşümü, metan dönüşümü, nitrattan amonyak dönüşümü, hidrojen üretimi ve depolama, biyokütle dönüşümü ve plastik geri dönüşümü için gelişmiş fotokatalizörler ve elektrokatalizörler tasarlamaya odaklanıyor; amacı %5'ten fazla verimliliğe sahip ölçeklenebilir, verimli ve sürdürülebilir güneş enerjisinden kimyasal enerji uygulamalara ulaşmaktır. Başlamak için, çalışma yüzeyine 100 mililitrelik bir beyak yerleştirin ve içine 40 mililitre etilen glikol çözeltisi dökebilirsiniz. Bir spatula kullanarak, çözeltiye çinko asetat dihidrat, kobalt asetat tetrahidrat ve tiyoasetamid ekleyin.

Çözeltiyi 30 dakika boyunca ultrasonik tedaviye tabi tutun. Sonra dört saat boyunca ortam sıcaklığında sürekli karıştırın. Ortaya çıkan karışımı 100 mililitrelik sentetik polimer kaplamalı paslanmaz çelik otoklava aktarın.

Sonra çözeltiyi önceden ısıtılmış fırına aktarın ve 180 derece Celsius'ta 12 saat ısıtın. Santrifüj kullanarak koyu gri çökeltiyi toplayın. Sonra, çökeltiyi üç kez yıkayıp deionize su ve etanol ile temizleyin.

Yıkanmış koyu gri örneği fırında gece boyunca 60 derece Celsius'ta kurutularak koyu gri çinko kobalt sülfür tozu elde edin. Çinko kadmiyum sülfünü sentezlemek için, 100 mililitrelik bir beakere 40 mililitre deiyonize su dökebilirsiniz. Bir spatula kullanarak, çözeltiye çinko asetat dihidrat, kadmiyum asetat dihidrat, sodyum sülfür hidrat ve tiyoasetamid ekleyin.

Çözeltiyi 30 dakika ultrasonik tedaviye tabi tutun, ardından ortam sıcaklığında üç saat karıştırın. Sonra, karışımı çözeltiye damla olarak 0.2 mol sodyum hidroksit sulu çözelti ekleyerek pH'ı 7.0'a ayarlayın. Ayarlanmış çözeltiyi 100 mililitrelik sentetik polimer kaplı paslanmaz çelik otoklava aktarın.

Sonra, çözeltiyi fırına koyup 180 derece Celsius'ta 24 saat boyunca ısıtın. Santrifüj kullanarak sarımsı çökeltiyi toplayın, ardından çökeltiyi deiyonize su ve etanol ile üç kez yıkayın. Yıkanmış sarımsı çökeltiyi fırına aktarın ve gece boyunca 60 derece Celsius'ta kurutarak çinko kadmiyum sülfür katı toz elde edin.

Fotokatalizörü sentezlemek için, 4 miligram çinko kobalt sülfür ve 0,196 gram çinko kadmiyüm sülfü 40 mililitre deionize suya çözün. Ultrasondan sonra sarımsı çökeltiyi toplayın, ardından örneği üç kez, her biri deiyonize su ve etanol ile yıkayın. Yıkanmış sarımsı çökeltiyi fırına aktarın ve gece boyunca 60 derece Celsius'ta kurutulun.

Son ürün, sarımsı bir çinko kobalt sülfür ve çinko kadmiyüm sülfüt katı tozudur. 100 mililitrelik bir beakere 20 miligram sentezlenmiş fotokatalizör ve 60 mililitre Benzil alkollü sulu çözelti ekleyin. Beaker'ı ultrasonik temizleyiciye yerleştirin ve 30 dakika ultrasonik uygulama yapın.

Sonra, çözeltiyi üç boyunlu üstteki bir ışın reaktör hücresine aktarın ve manyetik bir karıştırıcı çubuğu yerleştirin. Çözeltiyi tüm reaksiyon süreci boyunca yavaş karıştırma altında tutun. Sonra, reaktör hücresinin aşağı tarafına bir nem tutucusu bağlayın.

Sonra, çıkışı gaz kromatografi sisteminin gaz örnekleme döngüsü girişine bağlayın. Ayrıca, gaz örnekleme döngüsü çıkışını reaktör hücresi girişine bağlayarak kapalı bir gaz dolaşımı sistemi oluşturulur. Reaktörü cam pencereyle mühürleyin.

Sonra, reaktörde dakikada 50 mililitre akış hızında azot gazını 30 dakika boyunca temizleyerek içindeki tüm havayı temizleyin. Şimdi, peristaltik pompayı açın ve azot gazını kapalı gaz dolaşım sisteminde dolaştırmak için akış hızını dakikada 20 mililitre ayarlayın. Xenon lambayı 15 voltta açın ve ışığın cam pencereden geçip reaktörün içindeki çözeltiye ulaşmasını sağlayacak şekilde konumlandırın.

Reaksiyon tamamlandıktan sonra, 0,22 mikrometrelik naylon şırınga filtresi kullanılarak süspansiyondan bir mililitre filtre alın. Filtrelenmiş süspansiyonu 1'e 9 oranında deiyonize su ile seyreltin. Son olarak, fotodiyot dizisi dedektörü ve yüksek performanslı 100 Angstrom kolonuyla donatılmış yüksek performanslı sıvı kromatografi sistemi kullanın.

Yüksek çözünürlüklü geçirim elektron mikroskopi görüntüleri, çinko kadmiyum sülfünde çinkoblend ve wurtzit fazlarının birlikte var olduğunu doğruladı ve bir faz arası sınır iki kristal domaini net bir şekilde ayırt etti. Çinkobalt sülfüt ile çinko kadmiyum sülfüt heterobirleşiminin ara faz yapısı belirgin şekilde gözlemlenmiş, çinko kobalt sülfümün çinko ve wurtzit interfaz fazlarına başarılı bir şekilde dahil edildiğini göstermiştir. UV görünür absorbans spektrumları, çinko kadmiyum sülfümün görünür bölgede çinko kobalt sülfüne kıyasla daha yüksek emilime sahip olduğunu, çinko kobalt sülfür ve çinko kadmiyum sülfüt heterobirleşiminin ise yalnızca çinko kadmiyum sülfüre göre biraz daha fazla emilimle karşılaştığını göstermiştir.

Çinko kadmiyum sülfümün optik bant boşluğu, konuşma grafik analizine göre yaklaşık 2.49 elektron olarak hesaplandı. Azot adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri, çinko kobalt sülfüt ve çinko kadmiyum sülfür örneklerinin mezoporöz özellikler sergilediğini, göreli basınçta ise yaklaşık 1.0 civarında adsorpsiyonda keskin bir artış olduğunu ortaya koydu. Çinkobalt sülfüt ve çinko kadmiyum sülfümün gözenek boyutu dağılımı esas olarak 25 ila 35 nanometre arasında yoğunlaşmıştı ve bu da malzemenin mezoporöz doğasını doğrulamaktadır.