Fotoelectrochemische cellen zijn veelbelovend voor de omzetting van zonlicht in brandstof, bijvoorbeeld om water om te zetten in waterstof, of CO2 in organische moleculen. Om dit te realiseren moet de fotokathode efficiënter werken. Fotokathodes zijn vaak gebaseerd op nikkeloxide (NiO). Een belangrijke en tot nu toe onbegrepen vraag is de rol van watermoleculen geadsorbeerd aan het NiO-oppervlak. Kaijian Zhu doet onderzoek naar de effecten van deze adsorptie.
"In dit werk hebben we de in licht opgewekte processen die plaatsvinden aan het fotokathode/elektrolyt grensvlak bestudeerd door middel van geavanceerde ultrasnelle spectroscopie." Hydroxylgroepen gevormd aan het NiO/water grensvlak bevorderen niet alleen de ladingsoverdracht tussen het NiO en de kleurstof, maar verhogen ook de snelheid van ladingsrecombinatie. Beide processen zijn aanzienlijk langzamer wanneer de fotokathode wordt blootgesteld aan acetonitril. In lucht vindt intermediair gedrag plaats. Onze studie laat zien dat we efficiëntere fotokathodes kunnen ontwikkelen door de hoeveelheid oppervlakte hydroxylgroepen te optimaliseren.
Over het onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door Kaijian Zhu, promovendus in het onderzoeksteam van Dr. Annemarie Huijser, universitair hoofddocent in de Photocatalytic Synthesis groep aan de Universiteit Twente. Het project is onderdeel van het Advanced Research Center Chemical Building Blocks Consortium (ARC CBBC; www.arc-cbbc.nl). Binnen het ARC CBBC werken onder andere de Universiteit Twente en industriële partner Shell samen, in dit project binnen het centrale thema ‘energietransitie’.
Het artikel “Dual Role of Surface Hydroxyl Groups in the Photodynamics and Performance of NiO-Based Photocathodes”, door Kaijian Zhu, Sean K. Frehan, Guido Mul en Annemarie Huijser is onlangs verschenen in Journal of the American Chemical Society en is online te lezen.
