BiVO escalable de gran área 4 fotoanodo en FTO con colectores de corriente de Ni. Crédito:HZB
El hidrógeno es un combustible versátil que puede almacenar y liberar energía química cuando sea necesario. El hidrógeno se puede producir de forma climáticamente neutra mediante la división electrolítica del agua en hidrógeno y oxígeno utilizando energía solar. Esto se puede lograr fotoelectroquímicamente (PEC), y para este enfoque es necesario contar con fotoelectrodos de bajo costo que proporcionen un cierto fotovoltaje bajo iluminación, y permanecen estables en electrolitos acuosos.
Sin embargo, aquí radica el principal obstáculo; Los semiconductores convencionales se corroen muy rápidamente en el agua. Las películas delgadas de óxido de metal son mucho más estables, pero aún se corroe con el tiempo. Uno de los materiales fotoanodos de mayor éxito es el vanadato de bismuto (BiVO 4 ), un óxido de metal complejo en el que las fotocorrientes ya están cerca del límite teórico. Pero el mayor desafío para la división del agua PEC comercialmente viable es ahora evaluar y mejorar la estabilidad de los materiales de los fotoelectrodos durante su operación PEC.
Para tal fin, un equipo en el Instituto HZB de Combustibles Solares dirigido por el Prof. Roel van de Krol (HZB) junto con grupos del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro, el Instituto Helmholtz Erlangen-Nuremberg de Energías Renovables, la Universidad de Friburgo y el Imperial College de Londres, han utilizado una serie de métodos de caracterización de vanguardia para comprender los procesos de corrosión de BiVO de alta calidad 4 fotoelectrodos.
"Hasta aquí, solo pudimos examinar los fotoelectrodos antes y después de la corrosión fotoelectroquímica, "dice el Dr. Ibbi Ahmet, quien inició el estudio junto con Siyuan Zhang del Instituto Max Planck. "Fue un poco como leer solo el primer y último capítulo de un libro, y sin saber cómo murieron todos los personajes ". En un primer paso para resolver este problema, el químico proporcionó una serie de BiVO de alta pureza 4 películas delgadas que se estudiaron en una celda de flujo de nuevo diseño con diferentes electrolitos bajo iluminación estándar.
El resultado es el primer estudio de estabilidad operando de BiVO de alta pureza. 4 fotoanodos durante la reacción fotoelectroquímica de desprendimiento de oxígeno (REA). Usando espectrometría de masas de plasma in situ (ICPMS), pudieron determinar qué elementos se disolvieron de la superficie de los fotoanodos BiVO4 durante la reacción fotoelectroquímica, en tiempo real.
"A partir de estas mediciones pudimos determinar un parámetro útil, el número de estabilidad (S), "dice Ibbi. Este número de estabilidad se calcula a partir de la relación entre el O 2 moléculas producidas y el número de átomos metálicos disueltos en el electrolito y, de hecho, es una medida perfectamente comparable de la estabilidad de los fotoelectrodos. La estabilidad de un fotoelectrodo es alta si la división del agua se produce rápidamente (en este caso, la evolución de O 2 ) y pocos átomos de metal entran en el electrolito. Este parámetro también se puede utilizar para determinar el cambio en la estabilidad de los fotoelectrodos durante su vida útil o evaluar las diferencias en la estabilidad de BiVO 4 en varios boratos tamponados con pH, electrolitos de fosfato y citrato (eliminador de huecos).
Este trabajo muestra cómo se puede comparar la estabilidad de fotoelectrodos y catalizadores en el futuro. Los autores han continuado la colaboración y ahora están utilizando estas valiosas técnicas y conocimientos para diseñar soluciones viables para mejorar la estabilidad de BiVO. 4 fotoanodos y permiten su uso en aplicaciones prácticas a largo plazo.
