Son on yılda araştırmalar, görünür ışık altında çalışan verimli, insan yapımı fotokatalizörleri geliştirmeye yoğunlaştı. Bu araştırmalar yenilenebilir enerji sistemleri için önemli bir hedef.

Şimdi, bu tür çabalar bir pyrochlore oksiflorid (Pb2Ti2O5.4F1.2) olarak adlandırılan yeni bir fotokatalitik malzemenin keşfi ile şaşırtıcı bir dönüş yaptı.

Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Kazuhiko Maeda (Tokyo Tech), Chuo Üniversitesi’nden Kengo Oka ve Japonya’daki işbirlikçiler, Pb2Ti2O5.4F1.2’nin görünür ışıkla çalışan su ayırma ve karbondioksit azaltımı için kararlı bir fotokatalist olarak çalıştığını uygun yüzey modifikasyonlarıyla göstermeyi başardılar.

Yeni malzeme yaklaşık 2.4 elektron voltuna (eV) sahip olağan dışı küçük bir bant boşluğuna sahiptir, yani görünür ışığı yaklaşık 500 nanometre (nm) dalga boyunda absorbe edebilir. Genel olarak, 3 eV’den daha büyük bant boşlukları, güneş ışığının verimsiz kullanımı ile ilişkiliyken, 3 eV’den küçük olanlar verimli güneş enerjisi dönüşümü için arzu edilir.

Dahası, oksifluorür, şimdiye kadar görünür ışıkla çalışan fotokatalizörler için aday olarak onları yöneten bir özellik olan florun en yüksek elektronegatifliği nedeniyle büyük ölçüde göz ardı edilen bir grup bileşiğe aittir.

Araştırmacılar Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nde yayınlanan çalışmalarında, yeni oksiflorür “istisnai bir vaka”dır.

Yapısal değerlendirmelere ve teorik hesaplamalara dayanarak, “Pb2Ti2O5.4F1.2’deki görünür ışık tepkisinin kökeninin, piroklor tipi yapıya özgü özgün özelliklerde yattığını” belirtmektedirler.

Yani, malzemenin görünür ışığı emebilme kabiliyetine yol açtığı düşünülen piroklor yapısındaki kısa Pb-O bağlamasının sağladığı belirli orbitaller (Pb-6s ve O-2p) arasındaki güçlü etkileşimdir. (Bkz. Şekil 1)

Yeni fotokatalizörün veriminin, hidrojen evrimi için 365 nm’de yaklaşık % 0.01 oranında düşük kalması sınırlayıcı olmaktadır. Bu nedenle araştırma ekibi, Pb2Ti2O5.4F1.2’yi sentez ve yüzey modifikasyonu için yöntemlerin iyileştirilmesi yoluyla verimi nasıl artıracağını araştırmaktadır.

Bu çalışma, Tokyo Tech, Japonya İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (JAIST), Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü (NIMS), RIKEN, Kyoto Üniversitesi ve Chuo Üniversitesi gibi kurumlar arasındaki işbirliğinin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır.

Bulguların materyal araştırmalarında ve görünür ışık altında heterojen fotokatalistlerin gelecekteki gelişiminde yeni yönlere yol açması bekleniyor.