і відновлює водневий іон. Позитивний носій - дірка мігрує на межу розділу фотоанода з електролітом, зустрічається з іоном гідроксилу і окисляє його до кисню. p align="justify"> Процес в цілому складається з двох зв'язаних частин: перетворення світла в електричний струм (потік електронів) і перетворення електричного струму в хімічну енергію водню.
Як показано на рис. 2.4, фотолітичних осередок розділена мембраною на катодне і анодне простір. У них занурені два електроди: напівпровідниковий металевий. На напівпровідниковий електрод падають кванти світла, які генерують вільні електрони (е - ). Біля фотоанода, на якому розряджаються іони гідроксилу, розчин лужний. Біля катода, де розряджаються іони водню, розчин підкислений. Різниця в рН двох електродів достатня, щоб між ними встановилася додаткова концентраційна різниця потенціалів, яка разом з фотопотенціалом фотоанода дає напругу, достатню для розкладання води.
В
Малюнок 2.4 - Блок-схема електрохімічного фотолізу води
- платиновий електрод, 2 - напівпровідниковий фотоанод; 3 - мембрана, 4 - скло
Електрохімічні реакції, що протікають в системі TiO 2 (анод) - Pt (катод) при освітленні, можуть бути записані наступним чином:
В В В
де, - вільні електрони; - частота світлової хвилі; - позитрони (дірки); - енергія фотона.
Коли анод (TiO 2 ) і катод (Pt) опущені в загальний розчин електроліту, квантовий вихід фотолізу води низький , так як потенціали реакцій (2.2) та (2.3) дуже близькі один до одного. Підвищити ефективність такого процесу, тобто підвищити швидкість виділення водню можна шляхом фіксації певних рН в анодному і катодному просторах (високого рН у анода і низького - у катода).
Механізм процесу можна представити в наступному вигляді. У результаті впливу випромінювання в кристалі TiO 2 утворюються електронно-діркові пари. На поверхні кристала відбувається процес із кисню:
В
На катоді електрони реагують з іонами , утворюючи молекулярний водень:
.
Ефективність такого процесу фоторазложенія води досягає 10-14%. З теоретичних міркувань випливає, що можуть бути підібрані і інші, більш ефективні напівпровідники, здатні утилізувати майже 40% досягає поверхні землі сонячної енергії і забезпечують загальну ефективність 28%. br/>
Висновки
