Keinotekoisessa fotosynteesissä käytettävissä elektrodeissa tapahtuva segregaatio lämmityksen aikana

Abstract

Hapetus-pelkistysreaktioihin perustuva keinotekoinen fotosynteesi tarjoaa keinon muuntaa auringon energiaa tulevaisuuden polttoaineeksi vedyksi. Tämä voidaan toteuttaa valosähkökemiallisella kennolla, jonka tehokkuuden kannalta on tärkeää valita oikea materiaali fotoanodille, johon auringonvalo absorboituu. Materiaaleina suositaan puolijohteita ja etenkin metallioksideja, joista hematiitilla on varteenotettavia etuja sekä haittapuolia.

Hematiitin ominaisuuksia voidaan parantaa kasvattamalla hematiitin päälle ohut kerros titaanidioksidia, mikä tehostaa hematiitin kykyä pilkkoa vettä. Näitä hematiitti-titaanidioksidikalvoja valmistaessa mielenkiintoinen ilmiö on segregaatio, mikä voi valmistusvaiheessa saada hematiitin ja titaanidioksidin sekoittumaan. Segregoitumiseen voi vaikuttaa muun muassa titaanidioksidin lämpökäsittelyssä käytetty lämpötila.

Työn tavoitteena oli tutkia segregaation lämpötilariippuvuutta eri paksuisien titaanidioksidikalvojen tapauksessa. Hematiitti-titaanidioksidikalvoja valmistetaan usealla eri titaanikalvon paksuudella ja titaanidioksidin lämpökäsittelyn lämpötiloilla. Röntgenviritteistä fotoelektronispektroskopiaa hyödyntämällä tutkitaan näytteiden pinnan koostumusta ja pyritään selvittämään eri alkuaineiden, erityisesti raudan ja titaanin, osuuksia pinnalla ja tällä tiedolla tehdään johtopäätöksiä segregaatiosta.

Tutkimuksen päätulos on, että titaanidioksidin vajoamisesta hematiittikalvon sisään kyetään havaitsemaan merkkejä, mutta vahvan satunnaishajonnan vuoksi ilmiötä ei kyetä tutkimaan tarkemmin.