Tinjauan komprehensif fotokatalis terdoping dalam pemisahan air di bawah cahaya tampak disajikan. Doping untuk menyesuaikan struktur pita oksida komposit berbasis Bi menghasilkan pemisahan air yang lengkap. Peningkatan kinerja dalam produksi hidrogen dicapai dengan doping untuk mengendalikan mikromorfologi fotokatalis (secara selektif memaparkan faset kristal beraktivitas tinggi) dan sifat permukaan (fosforisasi permukaan). Teknik doping gradien multilokal membangun sumur potensial tiga dimensi, yang secara efisien mendorong pemisahan muatan, memperpanjang masa pakai pembawa fotogenerasi, dan meningkatkan kinerja pemisahan air fotokatalitik. Kredit: Jurnal Katalisis Tiongkok
Pemisahan air fotokatalitik, menggunakan strategi seperti doping dan pengendalian cacat, telah menghasilkan peningkatan efisiensi, terutama melalui kemajuan terkini dalam metode doping yang mengoptimalkan konversi energi di bawah cahaya tampak.
Dalam pemisahan air secara fotokatalitik, fotokatalis, biasanya semikonduktor, menyerap energi cahaya untuk mendorong reaksi pemisahan air. Setelah menyerap cahaya, fotokatalis menghasilkan pasangan elektron-lubang. Elektron yang tereksitasi mereduksi air, sementara lubang mengoksidasinya.
Namun, ada beberapa tantangan yang terkait dengan pemisahan air fotokatalitik, terutama meliputi efisiensi rendah, penyerapan cahaya tampak terbatas, dan fotokorosi fotokatalis. Dengan demikian, berbagai strategi seperti pembentukan heterojunction, desain nanostruktur, pemanfaatan cocatalyst, sensitisasi pewarna, peningkatan plasmonik permukaan, doping, dan pengendalian cacat sedang dieksplorasi untuk memecahkan masalah ini dan memutus hambatan efisiensi.
Doping dan Peningkatan Efisiensi
Doping, khususnya, telah menarik perhatian yang signifikan. Berbagai penelitian telah menunjukkan kemanjurannya. Misalnya, tim Kudo mencapai hasil kuantum nyata (AQY) yang melebihi 50% melalui modifikasi oksida logam. Doping nitrogen dalam TiO2seperti yang dilaporkan oleh Asahi et al., terbukti penting untuk penyempitan celah pita dan meningkatkan aktivitas fotokatalitik. Domen et al. memperkenalkan larutan padat galium dan seng nitrogen oksida (Ga1–xSengX)(N1–xHAIX) untuk pemisahan air dalam cahaya tampak. Chen et al. meneliti pengenalan ketidakteraturan dalam TiO2 lapisan nanofase melalui hidrogenasi untuk meningkatkan penyerapan sinar matahari. Takata et al. mencapai pemisahan air lengkap menggunakan strontium titanat yang dimodifikasi dengan doping aluminium (SrTiO3:Al) fotokatalis dengan efisiensi kuantum eksternal hingga 96%.
Baru-baru ini, tim Prof. Wenfeng Shangguan dari Universitas Shanghai Jiao Tong, Tiongkok, menggabungkan penelitian mereka dengan studi penting lainnya untuk memberikan gambaran menyeluruh tentang struktur pita energi, struktur mikro, regulasi cacat, dan strategi doping yang memengaruhi aktivitas fotokatalitik. Fokus mereka pada doping unsur tanah jarang ke dalam oksida komposit berbasis bismut bertujuan untuk meningkatkan minimum pita konduksi dan mencapai pemisahan air secara keseluruhan di bawah cahaya tampak. Teknik doping asimetris inovatif mereka—Selected Local Gradient Doping—memungkinkan pelepasan ion doping yang terkendali, yang menjanjikan kontribusi signifikan terhadap eksplorasi material baru dan peningkatan efisiensi konversi energi dalam pemisahan air fotokatalitik di bawah cahaya tampak.
Referensi: “Kisah doping fotokatalis untuk pemisahan air” oleh Wenjian Fang, Jiawei Yan, Zhidong Wei, Junying Liu, Weiqi Guo, Zhi Jiang dan Wenfeng Shangguan, 22 Mei 2024, Jurnal Katalisis Tiongkok.
DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64637-6
NewsRoom.id
