ผลึกเดี่ยวไทเทเนียมไดออกไซด์โดยปกติมีเพียงระนาบเดียวมีพื้นที่ผิวน้อยมาก เนื่องจากไม่มีความพรุน ซึ่งเมื่อนำไปใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงแม้จะใช้ศักย์ไฟฟ้าเข้าช่วยก็ยังพบว่ามีประสิทธิภาพต่ำกว่าค่าทางทฤษฎีเป็นอย่างมาก ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุชนิดนี้ การทำให้ผลึกเดี่ยวของไทเทเนียมไดออกไซด์มีความพรุนจึงเป็นอีกแนวทางหนึ่งที่น่าสนใจ และในปัจจุบันสามารถกระทำได้โดยการทำให้ผลึกเหล่านี้มีความพรุนด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มัลซึ่งงานวิจัยนี้ประสบผลสำเร็จในการสังเคราะห์ด้วยวิธีการใหม่ ที่ไม่จำเป็นต้องใช้สารแม่แบบเข้าร่วม  โดยรูพรุนที่เกิดขึ้นนี้จะไม่ส่งผลต่อระนาบของผลึกแต่อย่างไร ในขณะเดียวกันกลับช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายโอนประจุได้มากขึ้นกว่าเดิม เนื่องจากแสงสามารถทะลุผ่านผลึกได้มากขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 1 ส่งผลให้สามารถแยกน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับค่าทางทฤษฎี ซึ่งนับว่าเป็นสิ่งที่ยากที่สุดที่จะทำให้ได้สูงขนาดนี้ สำหรับรายละเอียดของงานวิจัยนี้สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ในวารสาร Adv. Mater. 2018, 1705666

 

รูปที่ 1 A-C) Photocurrent density vs. applied potential curves, IPCE, and EIS of 2D, E-2D, and F-2D films, respectively.
D) Proposed vectorial electron and hole transport in the structure.
E) Active site distribution in the non-branched 2D single-crystalline structure.
F) Schematic diagram illustrating the working mechanism of E-2D photoelectrode based PEC water splitting.

 

 

ดร. ธีระ บุตรบุรี และ ดร. พงษ์ธนวัฒน์ เข็มทอง

ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ