Forscher bündeln ihre Kräfte, um die katalytischen Anwendungen von Halbleitern weiter zu erforschen

In der Wissenschaft, egal auf welchem ​​Gebiet, überschneiden sich Expertisen oft. Am Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) gilt dies insbesondere für viele Studienbereiche, in denen Fakultätsmitglieder zusammenarbeiten, um die Grenzen eines bestimmten Bereichs noch weiter zu verschieben. Und das gilt auch für ein Team um Professor Andreas Rüdiger, das Spezialisten mit unterschiedlichen Hintergründen zusammengebracht hat. Gemeinsam untersuchte das Team ein katalytisches Problem und erweiterte unser Wissen über katalytische Anwendungen.

„Das Thema erforderte Fachwissen in einer Vielzahl von Disziplinen, darunter Physik, Chemie und Materialwissenschaften. Wir hatten das Glück, ein Team zu haben, das all dieses Fachwissen zusammenbrachte.“ Andreas Rüdiger, Professor am Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre.

Das Forschungsteam machte eine unerwartete Entdeckung.

Hochschalten

Die Arbeit des Teams basierte auf Umweltüberlegungen, Energieeffizienz und natürlich Materialkosten. Im Mittelpunkt des Projekts: Energie, insbesondere Energie zur Unterstützung der Katalyse, ein wesentlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens. Die verschiedenen Energieformen, die wir verwenden, einschließlich Solarenergie, verwenden katalytische Metalle, um chemische Reaktionen zu beschleunigen und eine bessere Leistung zu erzielen. Könnten kostengünstigere und weniger seltene oxidische Nanomaterialien neue Möglichkeiten in der Katalyse bieten? Was wäre, wenn sie auch einen kleinen ökologischen Fußabdruck und solide Ergebnisse produzieren würden?

Katalytische Prozesse sind ein integraler Bestandteil des aktuellen Energiesektors und aller zukünftigen Energieperspektiven. Heute sind sie an der Produktion der meisten Grundbedürfnisse beteiligt (z. B. Textilfasern und elektronische Geräte). Katalyse ermöglicht es, vereinfacht gesagt, eine Reaktion in die gewünschte Richtung zu lenken. Es reduziert auch die Menge an Energie, die benötigt wird, um eine schnellere Reaktion zu erzeugen. Der Katalysator ist die Substanz, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht. Katalyse, ein sekundärer Akteur, lenkt die notwendige Energie mit der richtigen Geschwindigkeit in die richtige Richtung.

Verbesserung der Prozesseffizienz

Die Verbesserung der Effizienz katalytischer Prozesse bringt bereits Lösungen zur Senkung des Energiebedarfs hervor. Es baut auch Schadstoffe ab, die in die Umwelt emittiert werden. Darüber hinaus werden neue Verfahren, teilweise basierend auf Nanotechnologien, eingesetzt, um physikalische und chemische Eigenschaften zu koppeln.

„Unsere Arbeit könnte zu mehr Effizienz bei der Umwandlung und Nutzung erneuerbarer Energien, insbesondere der Solarenergie, führen“, sagte Andreas Rüdiger

Ifeanyichukwu Amaechi, Azza Hadj Youssef, Andreas Dörfler, Yoandris González, Rajesh Katoch und Andreas Ruediger, alle Forscher am INRS, haben der Unterscheidung zwischen freien und gebundenen Ladungen in bestimmten Photo- und Piezokatalysatoren besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Dies ist entscheidend, um die Beiträge zur katalytischen Reaktion zu entwirren, was zu einer allgemeinen Verbesserung der katalytischen Leistung in Bereichen wie der Abwasserbehandlung und letztendlich der Wasserfraktionierung führt.

Nicht-zentrosymmetrische Perowskit-Oxide zeigen den Volumen-Photovoltaik-Effekt und Piezoelektrizität, während das zusätzliche Vorhandensein einer polaren Achse Pyro- und möglicherweise Ferroelektrizität erzeugt.

Einige Eigenschaften des Katalysators waren bereits bekannt, um photoelektrische und photochemische Reaktionen zu verbessern.

„Es wurde angenommen, dass die geringe Trägermobilität dieser Materialien ihre Anwendbarkeit beim Ladungstransport während der Katalyse behindert“, sagte Ifeanyichukwu Amaechi, Postdoktorand am INRS.

Die Gruppe fand heraus, dass gebundene Ladungsträger, von denen bisher angenommen wurde, dass sie eine vernachlässigbare Rolle spielen, wesentlich zur katalytischen Gesamtleistung beitragen könnten. „Diese Arbeit ist ein großartiges Beispiel dafür, wie wichtig es in der Materialwissenschaft ist, ein Auge für die Komplexität von Prozessen zu haben und zu überlegen, unter welchen Bedingungen selbst kleine Effekte signifikant werden können“, schließt Amaechi, Hauptautor des in veröffentlichten Artikels Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie. Diese Entdeckung bietet ein großes Potenzial für zukünftige Verbesserungen, die das Team von Professor Rüdiger unbedingt erforschen möchte.