Συγγραφείς: Swathi Sunkara , Venkat Kalyan Vendra, Jacek Bogdan Jasinski , Todd Deutsch , Antonis N. Andriotis, Krishna Rajan, Madhu Menon, and Mahendra Sunkara

Σύνοψη

Οι μέθοδοι αφ ενός μεν της ηλεκτροχημικής φωτόλυσης (ΗΧΦ) του νερού (Η₂Ο) και αφέτέρου της φωτοκαταλυτικής αναγωγής του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) αποτελούν δυο από τις πιο ελπιδοφόρες τεχνικές για την παραγωγή καθαρών καυσίμων χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια.

Η πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας της ΗΧΦ του νερού απαιτεί την ύπαρξη υλικών με τις εξής βασικές ιδιότητες: (1) το υλικό να είναι ημιαγωγός που να απορροφά την ηλιακή ενέργεια στο ορατό φάσμα, δηλαδή να έχει ενεργειακό χάσμα 1.5-2.0 eV. (2) Τα δυναμικά οξειδοαναγωγής του Η₂Ο να εμπεριέχονται μέσα στο  εύρος του ενεργειακού χάσματος του υλικού, και (3) Το υλικό να είναι ανθεκτικό στην οξείδωση.

Σε μια σειρά πρόσφατων δημοσιεύσεων, ο Δρ. Αντώνης Ανδριώτης (του ΙΗΔΛ/ΙΤΕ ) σε συνεργασία με τον καθηγητή Madhu Menon (του πανεπιστημίου του Kentucky στο Lexington, ΚΥ, ΗΠΑ) προέβλεψαν ότι ο εμπλουτισμός του υλικού GaN [νιτρίδιο του Γαλλίου(Ga)] με προσμείξεις αντιμονίου (Sb) επιτρέπει την χειραγώγηση του εύρους του ενεργειακού του χάσματος. Ειδικότερα, προβλέφθηκε ότι με τις προσμείξεις Sb το ενεργειακό χασμα του GaSb_xN_1-x (x < 8 at%) είναι άμεσο και συρρικνώνεται (από την τιμή των 3.45 eV στο καθαρό GaN) στην ενδιφέρουσα τιμή του 1.5 eV και συγχρόνως διατηρεί την ιδιότητα να «φιλοξενεί» στο ενεργειακό του εύρος τα δυναμικά οξειδοαναγωγής του Η₂Ο. Αυτές οι προβλέψεις καθιστούν το GaSb_xN_1-x (x < 8 at%) ένα υλικό πολλά υποσχόμενο για την ΗΧΦ του νερού.

Οι προβλέψεις των ερευνητών Ανδριώτη και Menon επαληθεύτηκαν πρόσφατα με μια σειρά ευρείας κλίμακας πειραμάτων που πραγματοποίησε η ομάδα του καθηγητή Mahendra Sunkara (Department of Chemical Engineering and Conn Center for Renewable Energy Research, University of Louisville, KY, USA).  Επί προσθέτως, τα φωτοχημικά πειραματικά αποτελέσματα για την σταθερότητα και την χημική δράση (reactivity) του GaSb_xN_1-x υποδηλώνουν την υψηλή καταλληλότητα του υλικού αυτού για την ΗΧΦ του νερού.

Η εργασία αυτή (θεωρία και λεπτομέρειες πειραμάτων) έχει πολύ πρόσφατα δημοσιευθεί στο υψηλών προδιαγραφών επιστημονικό περιοδικό Advanced Materials με στοιχεία δημοσίσευσης: DOI: 10.1002/adma.201305083; (2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim).

ΙΗΔΛ / ΙΤΕ , 28 Φεβρουαρίου 2014.

Στοιχεία Επικοινωνίας: Δρ. Αντώνης Ανδριώτης
Διευθυντής Ερευνών, ΙΗΔΛ/ΙΤΕe-mail: andriot@iesl.forth.gr