Fotokatalyzátor z aerogelu

Přečteno 3031x, Milan Meinhold

Jedním z využití aerogelů na bázi nanočástic jsou fotokatalyzátory. Ty se používají vždy, když je třeba umožnit nebo urychlit chemickou reakci pomocí slunečního světla a jedním z příkladů je výroba vodíku.

Rozšíření spektra pomocí dopování dusíkem

Proto Niederbergerův doktorand Junggou Kwon hledal nový způsob optimalizace aerogelu z nanočástic TiO2.

Doktorantka dostala geniální nápad: pokud se aerogel z nanočástic TiO2 “dopuje” dusíkem, takže jednotlivé atomy kyslíku v materiálu se nahradí atomy dusíku, může pak aerogel absorbovat další viditelné části spektra.

TiO2 + SiO2 + N = H

Proces dopování ponechává porézní strukturu aerogelu neporušenou. Studie o této metodě byla nedávno publikována v časopise Applied Materials & Interfaces.

Modifikovaný aerogel zefektivňuje reakci

Aby vyzkoušela, zda takto upravený aerogel skutečně zvyšuje účinnost požadované chemické reakce. V tomto případě výroby vodíku z metanolu a vody, vyvinula Kwonová speciální reaktor, do kterého přímo umístila monolit aerogelu.

Poté do aerogelu v reaktoru zavedla páru vody a metanolu a následně jej ozářila dvěma LED světly. Plynná směs difunduje póry aerogelu, kde se na povrchu nanočástic TiO2 a palladia přemění na požadovaný vodík.

Materiál jako “zmrzlý kouř”

Aerogely jsou výjimečné materiály. Jsou extrémně lehké, porézní a mají obrovský povrch: jeden gram materiálu může mít plochu až 1200 metrů čtverečních. Díky své průhlednosti mají aerogely vzhled “zmrzlého kouře”.

Aerogel – the best thermal insulator in the world.

Aerogel je nejlepší tepelný izolant na světě.

Je znám a používán jako top tepelný izolant, a proto se uplatnil v leteckém průmyslu a stále častěji také při tepelné izolaci budov. Jejich výroba však stále vyžaduje obrovské množství energie, a proto jsou tyto materiály drahé.

První aerogel vyrobil z oxidu křemičitého chemik Samuel Kistler v roce 1931.

Kwon J, Choi K, Schreck M, Liu T, Tervoort E, Niederberger M: Gas-Phase Nitrogen Doping of Monolithic TiO2 Nanoparticle-Based Aerogels for Efficient Visible Light-Driven Photocatalytic Production H2.ACS Applied Materials & Interfaces 2021 13 (45), 53691-53701. DOI: 10.1021/acsami.1c12579call_made