פיצול מים פוטו-קטליטי, תוך שימוש באסטרטגיות כמו סימום ובקרת פגמים, ראה שיפורי יעילות, בעיקר באמצעות התקדמות אחרונה בשיטות סימום המייעלות המרת אנרגיה באור נראה.
בפיצול מים פוטו-קטליטי, פוטו-זרז, בדרך כלל מוליך למחצה, סופג אנרגיית אור כדי להניע את תגובת פיצול המים. עם קליטת האור, הפוטו-קטליזטור מייצר זוגות אלקטרונים-חורים. האלקטרונים הנרגשים מפחיתים מים, בעוד החורים מחמצנים אותם.
עם זאת, ישנם מספר אתגרים הקשורים לפיצול מים פוטו-קטליטי, בעיקר כולל יעילות נמוכה, קליטת אור גלוי מוגבלת ופוטוקורוזיה של הפוטו-קטליזטור. לפיכך, אסטרטגיות שונות כגון היווצרות הטרוג'נקציות, תכנון ננו-מבנה, ניצול זרזים משותפים, רגישות צבע, שיפור פלסמוני פני השטח, סימום ובקרת פגמים נבדקות כדי לפתור בעיות אלו ולשבור את צוואר הבקבוק של היעילות.
סימום ושיפורי יעילות
סימום, במיוחד, זכה לתשומת לב משמעותית. מחקרים שונים הוכיחו את יעילותו. לדוגמה, הצוות של Kudo השיג תשואה קוונטית לכאורה (AQY) העולה על 50% באמצעות שינוי תחמוצת מתכת. סימום חנקן ב-TiO2, כפי שדווח על ידי Asahi וחב', הוכח מכריע לצמצום פערי הרצועה ופעילות פוטו-קטליטית משופרת. דומן וחב'. הציג תמיסה מוצקה של תחמוצת חנקן גליום ואבץ (Ga1-xZnאיקס)(נ1-xOאיקס) לפיצול מים באור גלוי. חן וחב'. חקר מבוא הפרעות ב-TiO2 שכבות ננו-פאזיות באמצעות הידרוגנציה כדי לשפר את ספיגת השמש. Takata et al. השיגה פיצול מים כולל באמצעות סטרונציום טיטנאט מותאם אלומיניום (SrTiO3:Al) photocatalyst עם יעילות קוונטית חיצונית של עד 96%.
לאחרונה, צוותו של פרופ' וונפנג שנגגוואן מאוניברסיטת שנגחאי ג'יאאו טונג, סין, שילב את המחקר שלהם עם מחקרים משמעותיים אחרים כדי לספק סקירה מקיפה של מבנה פס האנרגיה, מבנה המיקרו, ויסות פגמים ואסטרטגיות סימום המשפיעות על פעילות פוטו-קטליטית. ההתמקדות שלהם בסימום יסודות אדמה נדירים לתוך תחמוצות מרוכבות מבוססות ביסמוט מטרתה לשפר את המינימום של פס ההולכה ולהשיג פיצול מים כולל באור נראה. טכניקת הסימום האסימטרית החדשנית שלהם – Selected Local Gradient Doping – מאפשרת שחרור מבוקר של יונים מסוממים, ומבטיחה תרומה משמעותית לחקר חומרים חדשים ולשיפור יעילות המרת האנרגיה בפיצול מים פוטו-קטליטי באור נראה.