Nanotrees in photoelectrocatalytic water oxidation - Artificial Photosynthesis Tool

Glad to share that our recent collaborative work on has been accepted in Nanoscale journal (RSC Publishers, Impact Factor: 7.76). Congrats to my collaborators and lead author Dr Hyungu Han, Palacky University, Czech Republic.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/nr/c6nr06908h#!divAbstract

This work explores the utilization of bi-composite based nanotrees in photoelectrocatalytic water oxidation process. Multistep process of 1-D Fe2O3 (Hematite) nanowire branches grown on TiO2 hollow nanotube play a primary photoabsorber, which harvest the sun light and produce the photocharge carriers. Interestingly, the light harvesting range in the visible wavelength region can be probed by varying the dimension of nanowire branches. A simple chemical bath deposition was adopted to fabricate the nanowire structures. Though, the Fe2O3 @TiO2 nano-tree structure is relatively complicated to compare with flat film type structure, a multifunctional chareacteristcs of internal light scattering, band gap modulation in light reception, rapid charge transport could result high efficient photocharge carrier generation and separation.

This work can be adopted for solar light driven artificial photosynthesis application as well as energy storage device where the high internal surface area and effective charge transport required.

******************

ஒளிகடத்திகளாக செயல்படும் அகலமான ஆற்றல் பட்டை உடைய‌ டைட்டானியம் டை ஆக்சைடு நானோ உருளை தண்டின் மீது தொகுக்கப்பட்ட சிறிய இரும்பு ஆக்சைடு நானோ கிளைகள் ஒருங்கிணைந்து நானோ மரங்களாக வேதி முறையில் தயாரித்துள்ளோம். குறிப்பாக‌, இந்த நானோ மரங்களை அதி கடத்தும் திறனுடைய உலோக ஆக்சைடுகள் பூசப்பட்ட கண்ணாடி தட்டுகள் மீது தயாரித்துள்ளோம். இவை நானோ அளவில் நுண்ணோக்கி கொண்டு பார்க்கும் போது மரங்கள் நிரம்பிய தோப்புகளை போல் காட்சியளிக்கும்.

இந்த தகட்டினை நீரினுள் வைத்து, சூரிய ஒளியில் குறைந்த மின் அழுத்தத்தினை அது இணைக்கப்பட்டுள்ள மின் சுற்று வழியே பாய்ச்சும் போது மிகச் சிறந்த நீர் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யும் ஒளிமின் வினையூக்கிகளாக‌ செயல் படுகின்றன‌. இவ்வாராய்ச்சியின் சிறப்பு என்னவெனில் இரும்பு ஆக்சைடு கிளைகளின் நீளம் மற்றும் விட்டத்தினை வேதி முறையில் எளிமையாக மாற்றியமைக்கும் பொழுது சூரியனில் இருந்து அவை கிரகித்து கொள்ளும் போட்டான்களின் அளவு அதிகரிக்கிறது. இதன் மூலம் ஒளிமின் சோதனையில் அவை உண்டாக்கும் மின்னிகளின் அளவை அதன் இணைதிறன் மற்றும் கடத்து பட்டைகளில் அதிகரிக்கிறது. குறிப்பாக, இணை திறன் பட்டையில் உருவாகும் புரைமின்னிகள் (holes) திறனுறு வகையில் வினையூக்கியாக செயல்பட்டு நீர் மூலக்கூறுகளை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்கிறது.

இத்தையக‌ நானோ மர வடிவக் கூறுகள் வழமையாக தயாரிக்கப்படும் மெல்லிய ஏடுகள் சார்ந்த ஒளிமின்வினையூக்கிகளை காட்டிலும் செறிவான‌ ஒளிச் சிதறல், மின்னிகளை சேகரிக்கும் வெளி முனையத்தில் அதிகமாக கொண்டு செல்லுதல், குறைந்த மீள் சேர்க்கை இடைக்காலம் ஆகிய பண்புகள் இதன் பயன்பாட்டை சிறந்த ஒன்றாக‌ எடுத்துரைக்கின்றது. மேற்கூறிய சிறப்பான செயல்பாட்டினால் இரும்பு ஆக்சைடு ‍‍ நானோ கிளைகள் தொகுக்கப்பட்ட டைட்டானியம் ஆக்சைடு தண்டுகள் நீரில் இருந்து ஒளி மின் வினையூக்கி நிகழ்வு மூலம் ஹைட்ரஜன் வாயுவை தயாரிக்கிறது. இம்முறையில் பெறப்படும் ஹைட்ரஜன் வாயுவின் உற்பத்தி வழமையான இதர நுட்பங்களை ஒப்பிடும்போது மிகக் குறைவாக இருந்தாலும் வரும் காலத்தில் இதன் திறன் இன்னும் செறிவூட்டப் பட வாய்ப்புள்ளது.

இது போன்ற நானோ வடிவ மரங்கள் சூரிய ஒளியில் செயல்படும் செயற்கை ஒளிச்சேர்க்கை நிகழ்வுகள் சார்ந்த பயன்பாடுகளுக்கு சிறந்த ஒளிமின் வினையூக்கிளாக(photoelectrocatalyst) பிரயோகிக்கபடுவதோடு, அதிகமான உள் பரப்பு பகுதியினை கொண்டிருப்பதால் ஆற்றல் தேக்கிகளிலும் இதனை பயன்படுத்தலாம்.