مقالة

تاريخ الاستلام: 5 أغسطس 2024
تم القبول: 15 يناير 2025
نُشر على الإنترنت: 24 يناير 2025
تحقق من التحديثات

يقدم التحليل الضوئي المدفوع بالطاقة الشمسية مسارًا مستدامًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر، ومع ذلك، تواجه تطبيقاته العملية عدة تحديات بما في ذلك المحفزات الضوئية غير الفعالة، وأكسدة الماء البطيئة، والتفاعلات العكسية الشديدة، وضرورة فصل غازي الهيدروجين والأكسجين المنتجين. هنا، نقوم بتصميم وتطوير نظام تحفيزي ضوئي يتكون من جزئين منفصلين للتفاعل: خلية تطور الهيدروجين تحتوي على محفزات ضوئية من هاليد البيروفسكايت. -محمل ) وخلايا تطور الأكسجين التي تحتوي على هيدروكسيد النيكل والحديد المزدوج الطبقات المعدل المحفزات الضوئية. هذه المكونات مرتبطة بواسطة زوج الأكسدة والاختزال لتسهيل نقل الإلكترونات، مما يحقق تفكيك الماء بشكل فعال مع كفاءة تحويل من الطاقة الشمسية إلى الهيدروجين تبلغ . بالإضافة إلى ذلك، إعداد خارجي موسع لـ يحقق كفاءة تحويل متوسطة من الطاقة الشمسية إلى الهيدروجين قدرها خلال اختبار استمر أسبوعًا تحت ضوء الشمس الطبيعي. من خلال معالجة القيود الرئيسية الموجودة في أنظمة التحفيز الضوئي التقليدية، مثل حدوث الهيدروجين والأكسجين في خلية واحدة والتفاعلات العكسية الشديدة الناتجة عن إعادة تركيب الهيدروجين والأكسجين، يقدم هذا العمل مفهومًا بديلًا لتصميم أنظمة التحفيز الضوئي، مما يعزز كلاً من الكفاءة والعملية.

تعتبر الطاقة الشمسية بديلاً نظيفًا ومستدامًا وغير محدود للوقود الأحفوري، وقد جذبت تخزينها واستخدامها اهتمامًا واسعًا على مدى العقود القليلة الماضية. تقنية التحليل الكهربائي للماء المدفوعة بالطاقة الشمسية هي واحدة من هذه التقنيات التي تحول وتخزن الطاقة الشمسية في شكل هيدروجين. وهو مصدر مثالي للطاقة خالية من الكربون يتميز بكثافة طاقة عالية واحتراق خالٍ من التلوث يعتبر التحليل الضوئي الشامل للماء (OWS) نهجًا واعدًا لتلبية متطلبات السوق المستقبلية لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع وبشكل اقتصادي. . ومع ذلك، فإن التحفيز الضوئي باستخدام محفز ضوئي واحد قد عانى لفترة طويلة من انخفاض كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى تحويل (شيء)
الكفاءة بسبب الحاجز الطاقي العالي من الناحية الديناميكية الحرارية عملية الأكسدة البطيئة حركيًا . بالإضافة إلى ذلك، تواجه المحفزات الضوئية مشاكل في امتصاص الضوء المحدود وكفاءة فصل الحاملات المنخفضة. على الرغم من الجهود الكبيرة لتحسين امتصاص الضوء وكفاءة استخدام الشحنة، فإن تحقيق كفاءة STH مرضية لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا بسبب صعوبة تحسين كلا الجانبين في الوقت نفسه. .

لمعالجة هذه التحديات، تم تطوير أنظمة تقسيم المياه الضوئية بنمط Z، والتي تجمع بين محفزين ضوئيين ذوي فجوات نطاق ضيقة، كل منهما يسهل إما أو الأكسجين

إنتاج. زوج أكسدة-اختزال (على سبيل المثال، ) يُستخدم عادةً لنقل الإلكترونات بين الجسيمات . يتيح هذا التصميم الاستخدام الفعال للضوء المرئي مع تقليل الطاقة المطلوبة لكل تفاعل . ومع ذلك، فإن كفاءات STH لأنظمة التحليل الضوئي للماء من نوع Z التي تستخدم أزواج الأكسدة والاختزال قد تم تحديدها بأقل من . تنشأ هذه القيود من تفاعلات جانبية شديدة تسببها أزواج الأكسدة والاختزال، التي تتنافس مع تفاعل تفكيك الماء. بالإضافة إلى ذلك، هناك قضية حاسمة أخرى تتعلق بحدوث تفاعل عكسي ينطوي على إعادة دمج و ، حيث يتم إنتاج هذه الغازات عادة داخل خلية واحدة. لذلك، من المرغوب تطوير أنظمة تحفيز ضوئي تعمل بالضوء المرئي لتفكيك الماء بكفاءة وقابلية للتوسع مع إنتاج الهيدروجين والأكسجين بشكل منفصل.

تطور هذه الدراسة نظامًا متكاملًا يعمل بالطاقة الشمسية يتضمن عملية التحفيز الضوئي خلية تفاعل تطور الهيدروجين (HER) مفصولة عن تفاعل تطور الأكسجين (OER) الخلية ووسيط بواسطة شuttle الأكسدة والاختزال (الشكل 1)، الذي يحقق الطاقة الشمسية الإنتاج من الماء مع STH من البيروفسكايت الهاليدي المختلط (FPBI، محملة بسيلينيد الموليبدينوم تم تطويره كعامل حفاز ضوئي لـ الإنتاج أثناء تقسيم HI والأكسدة إلى هيدروكسيد مزدوج طبقي من نيكل وحديد معدل ( يتم استخدام فيلم مزروع على زجاج أكسيد القصدير المخلوط بالفلور (FTO) لعملية الأكسدة المائية (OER)، مع القماش الكربوني المرتبط (CC) لـ تقليل. هذا التصميم يسمح بالإنتاج المنفصل لـ و ، مع تجنب رد الفعل العكسي تمامًا (إعادة تركيب و ). بالإضافة إلى ذلك، التفاعلات الجانبية الناتجة عن زوج الأكسدة والاختزال (أكسدة من خلال الثقوب في يمكن قمعها تمامًا لأن خلية OER لا تحتوي على وسطاء الأكسدة والاختزال. بالإضافة إلى ذلك، تم تثبيت البيروفسكايت الجزيئي بنجاح على ركيزة من لوح أكريليك كصفحة محفز ضوئي بمساحة . يتم دمجه بعد ذلك مع NiFe-LDH/BiVO سي سي ( ) التكوين وتم تجميعه في مفاعلات اللوحة المصممة. هذا النظام اللوحي مناسب للتوسع، و
تم إنشاء محطة عرض تحتوي على 5 وحدات للتوضيح في الهواء الطلق. ستوكيومترية و يتم إنتاجها وجمعها بشكل منفصل في حاويات مختلفة، مما يحقق كفاءة STH متوسطة قدرها لتحليل الانقسام الكلي للمياه المدفوع بالطاقة الشمسية خلال اختبار استمر أسبوعًا تحت ظروف ضوء الشمس الطبيعي.

عملية تخليق الـ المركب موضح في الشكل 2أ. على وجه التحديد، تمت أول عملية تخليق لـ (FPB) بواسطة طريقة ترسيب مشترك من محلول مشبع كما أبلغنا سابقًا ، وتم الحصول على FPBI لاحقًا من خلال تبادل أيونات الهاليد في الموقع المعزز بالصور في مادة البيروفيسكايت المشبعة حل. بعد ذلك، تم تحميل الزهور النانوية على FPBI كعامل مساعد لتفاعل الهيدروجين. من خلال عملية الامتزاز في محلول الهاليد المائي المشبع بالبيروفسكايت. إمكانيات السطح لـ و FPBI هما 78.9 مللي فولت و -26.3 مللي فولت (إمكان الزيتا موضح في الشكل التكميلية 1)، على التوالي، مما يسمح بالترابط الوثيق بينهما. نمط حيود الأشعة السينية (XRD) (الشكل 2b) يؤكد أن FPB له تكوين مكعب مع بلورة جيدة. . عند عملية تبادل أيونات الهاليد، تتحرك قمم الانكسار للعينة قليلاً نحو زاوية أقل، وهو ما ينتج عن الاستبدال الجزئي لأنيونات اليود الأكبر بحجمها بأنيونات البروم الأصغر. بالإضافة إلى الحفاظ على الهيكل المكعب، لا توجد قمم مميزة تتوافق مع تظهر، مما يعني تشكيل محلول صلب من البيروفسكايت المختلط الهاليد FPBI بدلاً من FAPbBr 3 المنفصل المراحل. بسبب ضعف البلورية وانخفاض كمية التحميل من لا توجد قمم مميزة في حيود الأشعة السينية (XRD) لـ المقدمة في نمط حيود الأشعة السينية (XRD) .

كل من FPB و FPBI يظهران شكلًا يشبه الدوديكاهدرا بحجم كما هو موضح في صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) (الشكل التوضيحي 2 أ، ب)، وموحد MoSe الذي تم تصنيعه يقدم شكل زهرة نانوية بحجم 200-300 نانومتر (مكمل

الشكل 1 | توضيح تخطيطي لنظام تقسيم الماء بالطاقة الشمسية وفق مخطط Z مع فصل و الإنتاج. التفاعل الصافي هو انقسام الماء لإنتاج و توسطه شuttle الأكسدة والاختزال. HER تمثل تفاعل تطور الهيدروجين. OER تمثل تفاعل تطور الأكسجين. NiFe-LDH/BiVO
يمثل هيدروكسيد النيكل والحديد المزدوج الطبقي المعدل . FPBI/MoSe يمثل (FPBI، محملة بسيلينيد الموليبدينوم. تشير CC إلى قماش الكربون و FTO تشير إلى الزجاج المغطى بأكسيد القصدير المدعوم بالفلور.

الشكل 2 | تخليق MoSe /FPBI المركبات. توضيح تخطيطي لعملية التخليق لـ و المركبات. تمثل الأشكال الاثني عشرية جزيئات البيروفسكايت، وتظهر الرسوم التوضيحية الهيكلية المقابلة في الفقاعات. لاحظ أن أيونات FA غير موضحة لتبسيط الأمر. أنماط XRD لـ FPB، FPBI، المركبات المركبة FPBI و FPB المحاكية
للمقارنة . طيف ، FPB ، FPBI و /FPBI. “a.u.” في (ب، ج) تعني “وحدات عشوائية”. د صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لـ FPBI. تُظهر الإضافة صورة SEM لـ صور TEM عالية الدقة (HRTEM) لـ . الصور التي تم إدراجها في الإطارات الحمراء والزرقاء تظهر FPBI و على التوالي.

الشكل 2ج). توزع النانوزهور بشكل متساوٍ على سطح بلورات FPBI الدقيقة في /FPBI المركب (الشكل 2d والشكل التوضيحي 2d). حواف شبكية مختلفة تمامًا تتوافق مع FPBI (0.28 نانومتر، مستوى (310)) و (0.24 نانومتر، مستوى (103)) تم ملاحظته في صورة المجهر الإلكتروني عالي الدقة (HR-TEM) (الشكل 2e)، مما يكشف المزيد عن تشكيل المركب. تؤكد خريطة العناصر باستخدام مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) (الشكل التكميلي 3) أن جميع عناصر الرصاص (Pb) والبروم (Br) واليود (I) والموليبدينوم (Mo) والسيلينيوم (Se) تتوزع بشكل متجانس في FPBI. تظهر نتائج محتوى العناصر في FPBI الموضحة في الجدول التكميلي 1 نسبة المولات حوالي 6:1. تشير قياسات مطيافية الكتلة بالتحليل الطيفي المقترن بالحث (ICP-MS) إلى أن نسبة الكتلة لتحميل الموليبدينوم والسيلينيوم على الـ عينة FPBI هي و على التوالي (الجدول التكميلي 2).

يقع حد الامتصاص لـ FPB النقي عند حوالي 580 نانومتر، كما هو موضح في طيف الانعكاس المنتشر (DRS) (الشكل 2c). عند عملية تبادل الأيونات، يتم إزاحة حد الامتصاص لـ FPBI إلى حوالي 620 نانومتر، ويحدث ارتفاع كامل لذيل الامتصاص في منطقة الطول الموجي الأطول. ) ربما يكون بسبب أو الأنواع الممتصة على سطح البيروفسكايت. المركب يظهر حافة امتصاص ضوئي متحولة نحو الأحمر وزيادة ملحوظة في ذيل الامتصاص بسبب النجاح التحميل، الذي يُلاحظ بشكل مشابه في أشباه الموصلات الأخرى
المحفزات الضوئية المعدلة بـ . نتائج XPS عالية الدقة لـ Mo 3d و Se 3d في MoSe (الشكل التوضيحي 4a، b) يوضح وجود كل من الطور المعدني 1 T وطور أشباه الموصلات 2 H في العينة المحضرة. زهرة نانوية التغيرات الإيجابية الملحوظة في العناصر من مؤشر FPBI المركب مقارنةً بمؤشر FPBI، والتحولات المعاكسة الملحوظة مقارنةً بـ (Mo 3d، Se 3d) تشير إلى تفاعل قوي للإلكترونات بين FPBI و (الشكل التوضيحي 4) . هذا التفاعل يوجه سحابة الإلكترون نحو ، وهو مفيد لفصل الشحنات ونقلها في عمليات التحفيز الضوئي اللاحقة .

محاذاة النطاقات لـ FPBI و يتم تحديده بواسطة مخطط نطاق التكافؤ XPS (VB-XPS) ومخطط تاوك. الحد الأقصى لنطاق التكافؤ ( ) من FPBI و تم تحديدها لتكون عند 1.04 و 1.11 إلكترون فولت (مقابل NHE)، على التوالي (الشكل 3أ). بالنظر إلى فجوات الطاقة (Eg) لـ FPBI و التي تستنتج من مخططات تاوك (الشكل 3ب) كـ 2.05 و 1.14 إلكترون فولت، على التوالي، (مقابل NHE) من FPBI و يتم حسابها عند -1.01 و -0.03 إلكترون فولت. تعزز هذه المحاذاة نقل الإلكترونات الناتجة عن الضوء في FPBI إلى ، يتم الفصل مع وجود الثقوب المحجوبة في FPBI (الشكل 3c). هذا الفصل للشحنات مفيد للاستخدام الفعال للحاملات الناتجة عن الضوء في العمليات الضوئية التحفيزية. يجب ملاحظة أنه، على الرغم من يتميز بوجود فجوة طاقة قدرها 1.14 إلكترون فولت، وهو شديد

الشكل 3 | محاذاة النطاق والتحقيق في ديناميات الحامل. أ مخططات طيف الأشعة السينية للأشعة السطحية (VB-XPS) لـ (FPBI) و الحد الأقصى لفرقة التكافؤ مقابل القطب الهيدروجيني العادي يمكن حساب ( ) وفقًا للصيغة: ، حيث هو دالة العمل للجهاز (4.20 إلكترون فولت). وبالتالي، من FPBI، و يتم حسابها لتكون 1.04 و 1.11 إلكترون فولت، على التوالي. مخططات تاوك لـ FPBI و . فجوات الطاقة (Eg) لـ FPBI و تم تحديدها عند 2.05 و 1.14 إلكترون فولت، على التوالي. الحد الأدنى لفرقة التوصيل الخاصة بهم
( ) يتم استنتاجه باستخدام المعادلة ، كـ -1.01 و -0.03 إلكترون فولت لـ FPBI و ، على التوالي. ج رسم تخطيطي لهياكل النطاقات لـ FPBI والجهود لتفاعلات الأكسدة والاختزال. صور PL لجزيء واحد لـ FPBI (د) و (هـ). طيف الفوتولومينسنس (و) وطيف الفوتولومينسنس المعتمد على الزمن (TRPL) (ز) لـ FPBI و MoSe /FPBI. منحنيات تتوافق مع النقاط المحددة في الجسيمات الموضحة في (د) و(هـ). “و.ح.” في ( ) تعني “وحدات عشوائية”.

الشكل 4 | تقييم أداء التحلل الضوئي لـ HI. أ التحلل الضوئي أنشطة تطور FPB و FPBI و MoSe /FPBI مع تغير MoSe أحجام التحميل من ، و تم إجراء التجارب باستخدام 100 ملغ من عينات المسحوق الموزعة في محلول مشبع بـ FPBI تحت إشعاع ضوء الشمس المحاكي (1 شمس، AM1.5G، منطقة الإشعاع ” ). تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري ( القياسات المستقلة). يتم توفير بيانات المصدر كملف بيانات المصدر. ب تعتمد الكمية الظاهرة على الطول الموجي
كفاءة (AQE) من في التحفيز الضوئي تفاعل التطور. تم حساب قيم AQE باستخدام المعادلة الموضحة في قسم “الطرق”، ونتائج الحساب موضحة في الجدول التكميلي 5. “a.u.” تعني “وحدات عشوائية”. ج. التحفيز الضوئي الدوري اختبار الإنتاج باستخدام عينة FPBI مع نشاط ضوئي تمثيلي. تم الحصول على البيانات تحت إشعاع شمس واحد (AM كل دورة تستغرق 3 ساعات.
إن النطاق الضيق للطاقة ووجود الطور المعدني 1T يجعله يظهر خصائص شبه موصلة، وبالتالي لا يظهر أي نشاط لتحفيز الهيدروجين الضوئي تحت ظروف الاختبار الحالية (انظر “الطرق”) المستخدمة في هذا العمل. لذلك، يعتبر كعامل مساعد لتفاعل تقليل الهيدروجين (الشكل 3c)، كما هو مذكور في العديد من أنظمة المحفزات الضوئية الأخرى. .

آثار المحملة تمت دراسة ديناميات الحاملات في FPBI المرتبطة بالأداء الضوئي التحفيزي باستخدام مجهر متقدم لتألق الجسيمات الفردية (PL). تم تحديد ثلاث نقاط اختبار لكل FPBI و تم اختيار عينة /FPBI على مقياس الجسيمات الفردية لت quantifying شدة PL والانحلال (الشكل 3d، e). المظهر الضعيف لـ PL في صور PL للجسيمات الفردية

الشكل 5 | تقييم أداء التحلل الضوئي الشامل للماء. أ التحلل الضوئي تطور تم تقييم التجربة باستخدام 100 ملغ من موزعة في حل مشبع بـ FPBI (بدون ) تحت إشعاع ضوء الشمس المحاكى (1 شمس، AM1.5G، منطقة الإشعاع ). مراقب الكرونوأمبيرومترية لـ غشاء ثنائي القطب // تكوين قماش الكربون عند 0 فولت. NiFe-LDH/ وتم غمر قماش الكربون في محلول بورات البوتاسيوم 0.5 م (KBi) و محلول حمضي غني (المحلول بعد ساعتين من التحفيز الضوئي التطور)، على التوالي. المناطق المغمورة من وكان كل من قماش الكربون
تم إجراء الاختبار تحت ضغط 101 كيلو باسكال ومحاكاة إشعاع شمس واحد. ). تُظهر الصور المضافة محاليل البيروفسكايت الحمضية قبل وبعد تفاعل الاختزال. ج اختبار التحليل الضوئي الدوري لتفكيك الماء باستخدام و NiFe-LDH/BiVO كعامل حفاز لتطور الهيدروجين وتطور الأكسجين، على التوالي. التطور و كما هو موضح في و ، كانت ناتجة عن دورة واحدة من تحليل الماء. بعد مرحلة الاختزال في (ب)، تم نقل المحلول الحمضي لبدء جولة جديدة من تطور الهيدروجين الضوئي التحفيزي. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري. ( تجارب مستقلة). يتم توفير بيانات المصدر كملف بيانات المصدر.
(الشكل 3د، هـ)، انخفاض شدة PL من إلى أ.و. (الشكل 3f)، وأوقات حياة PL المختصرة من قيمة متوسطة من 5.1 نانوثانية إلى 1.8 نانوثانية (الشكل 3g والجدول التكميلي 3) من الجسيم بالنسبة إلى FPBI العاري، يعني ت quenching PL والقيود الفعالة على إعادة التركيب الإشعاعي لحاملات الشحنة عن طريق التحميل على FPBI. تظهر نتائج التوصيف الكهروكيميائي لزيادة التيار الضوئي في استجابة التيار الضوئي العابر (الشكل التكميلي 5) ونصف الدائرة الأصغر في طيف الامتياز الكهروكيميائي (EIS، الشكل التكميلي 6) الدور الحيوي لـ في تسهيل فصل الشحنات والقدرة على تحسين الأداء الضوئي المحفز في الهيكل المركب.

التحفيز الضوئي تمت دراسة نشاط تطور الهيدروجين للمواد المحفزة من نوع البيروفسكايت الهاليدي المستحصلة (100 ملغ) في محلول هيدروهاليكي مائي مشبع بمادة FPBI تحت إشعاع ضوء الشمس المحاكي (1 شمس، AM1.5G، منطقة الإشعاع ). كما هو موضح في الشكل 4a، من خلال تحسين كمية التحميل لـ (1.0-2.5 وزن%)، تحفيز ضوئي معزز نشاط التطور بمعدل يتم الحصول عليه باستخدام المركب FPBI، الذي هو تقريبًا 69 مرة و 15 مرة أعلى من تلك الخاصة بـ FPB و FPBI، على التوالي. الفيلم التوضيحي الإضافي 1 يظهر التحفيز الضوئي تطور أكثر من 100 ملغ من مسحوق المحفز الضوئي الموزع في مفاعل كوارتز على نطاق المختبر (1 شمس، AM1.5G، منطقة الإشعاع ، ضغط الخلفية 1 كيلو باسكال). يتم حساب كفاءة STH المقابلة لتفكيك HI كـ (المستمدة من 3 اختبارات مستقلة) بناءً على ظروف القياس المذكورة أعلاه، والتي تتفوق على المحفزات الضوئية من هاليد البيروفسكايت المبلغ عنها سابقًا (الجدول التكميلي 4). الكفاءة الكمية الظاهرة (AQE) لـ تحت أطوال موجية مختلفة من إشعاع الضوء في ، و940 نانومتر تم قياسها لتكون و 0، على التوالي، كما هو موضح في الشكل 4ب والجدول التكميلي 5. يجب ملاحظة أن الأنشطة الضعيفة لتفاعل تطور الهيدروجين تظهر في الأطوال الموجية الأطول ( نتيجة للمرحلة الغنية باليود التي تتكون من خلال فصل الطور الناتج عن الإشعاع الضوئي . يتم تأكيد ذلك من خلال طيف DRS وأنشطة HER الضوئية لـ FPBI العاري تحت إشعاع الضوء عند أطوال موجية من (الشكل التوضيحي 7). تتماشى قيم AQE مع طيف امتصاص الضوء للمواد المحفزة الضوئية، مما يشير إلى أن التفاعلات الضوئية تمت عبر انتقالات فجوة الطاقة. تظهر قياسات الاستقرار على المدى الطويل (الشكل 4c) عدم وجود تدهور واضح في الـ نشاط التطور بعد 20 دورة اختبار (3 ساعات لكل دورة)، مما يُظهر
استقرار ملحوظ لـ محفز FPBI. تظهر تحليلات XRD و SEM و XPS (الأشكال التكميلية 8-10) عدم وجود تدهور أو تدهور ملحوظ في الهيكل والشكل. /FPBI بعد 20 دورة اختبار من التحفيز الضوئي. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد نتائج ICP-MS (الجدول التكميلي 2) أنه لا توجد تغييرات كبيرة في نسب الكتلة لمعدني الموليبدينوم والسيلينيوم في الـ المركب بعد التفاعل، مما يشير إلى أن يبقى مستقراً إلى حد كبير طوال عملية التفاعل.

لأخضر قابل للتوسع وعملي الإنتاج، يُعتبر الماء مصدرًا أكثر مثالية نظرًا لوفرتة وفعاليته من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، فإن إعادة التركيب لـ مع يمكن أن يمكّن من تجديد المياه من خلال الاحتراق أو في خلايا الوقود، وبالتالي إغلاق الدورة بطريقة خالية من الكربون. لتحقيق انقسام المياه بشكل كامل دون الحاجة إلى مواد تفاعلية تضحية، فإن الذي تم توليده من أكسدة HI بواسطة الثقوب الناتجة عن الضوء في يجب أن تخضع للتقليص مرة أخرى إلى بينما تتطور في الوقت نفسه . لتحقيق هذه الغاية، نستفيد من تكوين Z-scheme ونصمم نظامًا مفصولًا و نظام التطور، حيث يتم فصل غرفة HER عن جانب أكسدة الماء بواسطة غشاء ثنائي القطب. عينة المسحوق من بيروفسكايت الهاليد FPBI محملة بـ يتم تطبيقه من أجل التحفيز الضوئي الفعال الإنتاج عن طريق تقسيم HI في خلية HER. تم تعديل NiFe-LDH فيلم مزروع على زجاج FTO في غرفة مختلفة يُستخدم لأكسدة الماء لإنتاج ، و الـ الفيلم مرتبط بقماش كربوني تجاري مغمور في محلول حمضي في خلية HER، يقبل الإلكترونات الناتجة عن الضوء من لتقليل المحتوى ، وهو الناتج الثانوي لعملية HER (الشكل 1). الغشاء ثنائي القطب المستخدم لفصل غرف HER و OER يتكون من طبقة تبادل كاتيون وطبقة تبادل أنيون، مما يسمح بــ و تفكك من الماء عند واجهة طبقات التبادل للهجرة إلى جانبي تفاعل الهيدروجين (HER) وتفاعل الأكسجين (OER) على التوالي. . من خلال هذه الطريقة، يتم ربط عملية التحليل الضوئي للهيدروجين عبر انقسام اليود مع عملية أكسدة الماء من خلال الأكسدة. شuttle الأكسدة والاختزال، مكونًا نظام تقسيم الماء بشكل Z.

نحن نتحقق من جدوى التصميم المذكور أعلاه من خلال طريقة تفاعل من خطوتين: يتم إجراء تفاعل التحفيز الضوئي لإنتاج الهيدروجين أولاً في محلول حمض الهيدروهاليد دون يستخدم كعامل محفز ضوئي؛ بعد ذلك، يتم استخدام المحلول الغني بعد عملية HER كحل يحتوي على مستقبلات الإلكترونات للتفاعل مع OER باستخدام NiFe-LDH/BiVO4//CC لأكسدة الماء و

الشكل 6 | نظام الألواح لتفكيك الماء على نطاق واسع في الهواء الطلق. أ رسم تخطيطي لوحدة متسلسلة لتفكيك الماء. عرض مكبر لوحدة تكسير الماء المزدوجة التي تشمل خلية HER وخلية OER. الورقة الحمراء العلوية هي MoSe / فيلم ( )، والورقة الصفراء السفلية هي NiFe-LDH/BiVO فيلم صورة لنموذج تجريبي كبير في الهواء الطلق لنظام تقسيم المياه الكلي المدفوع بالطاقة الشمسية (5 وحدات). التخطيط الهيكلي لمفاعل HER الفرعي (د) ومفاعل OER الفرعي (هـ). عائد المنتجات وSTH المقابل لنظام وحدة واحدة. كل دورة هي . تم جمع هذه البيانات في
المختبر الوطني الرئيسي لمواد البلورات، جامعة شاندونغ، الواقع في جينان، الصين . امتدت فترة جمع البيانات من 27 أكتوبر إلى 2 نوفمبر 2023. تت correspond أشرطة الخطأ لكفاءة STH إلى الانحراف المعياري، استنادًا إلى 7 عينات تم أخذها في أوقات مختلفة بين الساعة 11:00 و 14:00 في نفس اليوم. تم توفير بيانات المصدر كملف بيانات مصدر. تم تسجيل مخططات معدل التطور، STH، واعتماد شدة الضوء في اليوم الذي شهد أعلى مستوى لـ STH، 29 أكتوبر 2023.
خفض في حجرتين متجاورتين متصلتين بغشاء ثنائي القطب (الشكل التكميلي 11). يجب أن نلاحظ أنه في أنظمة تقسيم HI الضوئية المبلغ عنها في الوقت الحاضر إضافة لا غنى عنه من أجل تقليل انتقائي إلى ، لأن المنتج يمكن أن تتداخل مع امتصاص الضوء للمواد المحفزة الضوئية، وقد ثبت أن الثقوب الناتجة عن الضوء بواسطة البيروفسكايت تستهلك فقط بواسطة بدون مباشرة أكسدة “. في هذا العمل، نقوم بحل هذه المشكلة الصعبة التي طال أمدها ونزيل من التحفيز الضوئي حل التطور من خلال بناء نظام تدفق متكامل. كما هو موضح في الشكل 5أ، من يتطور خلال الـ 30 دقيقة الأولى على تحت إضاءة الشمس المحاكية (1 شمس، حتى في غياب ، مما يتوافق مع STH من
(تم الحصول عليها من 3 قياسات مستقلة). ومع ذلك، فإن معدل تطور الهيدروجين الضوئي التحفيزي ينخفض قليلاً مع تقدم التفاعل بسبب زيادة تركيز المؤكسد. ، الذي يتداخل مع امتصاص الضوء من المحفز الضوئي. الناتج يتم بعد ذلك استخدام محلول الحمض الغني للتفاعل مع عملية الأكسدة الضوئية، خلال ذلك يتم تقليله واستعادته إلى .

لتسهيل الموارد التعليمية المفتوحة، BiVO يتم أولاً زراعة الفيلم على ركيزة زجاجية FTO، ثم يتم تحميل NiFe-LDH عليها الفيلم كعامل مساعد لـ تطور لتحسين فصل الشحنات وتوفير مواقع نشطة لتحويل الماء إلى تحويل أنماط حيود الأشعة السينية و NiFe-LDH/BiVO (الشكل التوضيحي 12) يوضح هيكل الـ لا يوجد تغيير واضح بعد التحميل بـ NiFe-LDH. NiFeLDH يلف بشكل متساوٍ الشكل الدودي. كما هو موضح في صور SEM
(الشكل التكميلي 13). علاوة على ذلك، فإن عناصر البزموت والفاناديوم والأكسجين والنيكل والحديد موزعة بشكل متساوٍ كما تم الحصول عليه من خريطة SEM (الشكل التكميلي 14). تكشف نتائج EDS لمحتويات العناصر، كما هو موضح في الجدول التكميلي 6، أن نسب الكتلة للنيكل والحديد في تُقدَّر بـ و ، على التوالي. في كتلة OER، الإلكترونات المتولدة من الضوء في نقل إلى القماش الكربوني المرتبط، الموجود في الغرفة المجاورة المملوءة بمحلول الحمض لـ تقليل، مما يترك الثقوب الناتجة عن الضوء تهاجر إلى مواقع NiFe-LDH لـ التطور. يمكن أن يصمم مثل هذا التصميم لقمع رد الفعل الخلفي تمامًا (إعادة تركيب المتطورين و من الماء) وتفاعل جانبي (أكسدة على ). يتم مراقبة أداء التحفيز الضوئي لتقليل اليود بواسطة محطة عمل كهربائية ولكن دون إضافة انحياز خارجي (الشكل التكميلي 15). بعد تفاعل ضوئي لمدة 1.9 ساعة، 88.6 من الذي تم إنتاجه خلال ساعتين من تفاعل الهيدروجين على MoSe تم تقليل FPBI (الشكل التوضيحي التكميلي 16). التيار الضوئي بين النيكل والحديد وقماش الكربون ينخفض إلى قيمة دنيا تبلغ حوالي. (الشكل 5ب)، وأخيرًا يتحول المحلول البني الداكن إلى أصفر باهت، كما هو موضح في الصور المرفقة في الشكل 5ب. الغاز المنبعث خلال هذه التجربة هو . نتيجة لذلك، من خلال التفاعل الكامل الذي يتضمن حيزين لـ HER و OER مرتبطين بـ شuttle الأكسدة والاختزال، ستوكيومترية و يتم إنتاجها وجمعها بشكل منفصل من خلال التحليل الكهربائي للماء المدفوع بالطاقة الشمسية. يتم حساب STH على أنه (المستمدة من 3 قياسات مستقلة)، والتي تعتبر من أعلى النطاقات في أنظمة التحلل الضوئي الكلي للمياه المبلغ عنها (الجدول التكميلي 7) . سبب الانخفاض التدريجي الطفيف لـ الإنتاج مع استمرار دورات الاختبار (الشكل 5c) هو أن تجربة تقسيم الماء هذه تتم بطريقة من خطوتين، في كل دورة بعد ساعتين من تفاعل التحفيز الضوئي لإنتاج الهيدروجين، يتم إعادة تدوير مسحوق المحفز الضوئي من محلول حمضي غني بواسطة الطرد المركزي، ثم أعيد استخدامه. خلال هذه العمليات، هناك خسائر لا مفر منها من المحفز الضوئي. بالإضافة إلى ذلك، خلال عملية OER و عملية التخفيض، فقط حوالي من يتم تقليله. وهذا يؤدي إلى نسبة أعلى قليلاً من أكثر من 2. لتحسين الـ من خلال توليد HER، نمدد مدة تجربة تقليل اليود. كما هو موضح في الشكل التوضيحي 17، فإن زيادة وقت الفوتوخفض من ساعتين إلى أربع ساعات تعزز من تقليل من إلى . ومع ذلك، على الرغم من هذه الزيادة، فإن STH لهذه التجربة ينخفض من إلى بسبب التعرض المطول لإشعاع الضوء. وبالتالي، من الضروري تحسين أوقات التفاعل بشكل عقلاني لكل من وموارد التعليم المفتوح لتعظيم STH. علاوة على ذلك، يتم تحديد AQE لموارد التعليم المفتوح لـ NiFe-LDH/BiVO4 كـ عند 420 نانومتر (الشكل التوضيحي 18)، وهو أقل بكثير من ذلك الخاص بتفاعل تقليل الهيدروجين ( عند 420 نانومتر، الشكل 4ب). يمكن تحسين كفاءة النظام الضوئي الحفاز الحالي بشكل أكبر من خلال استخدام محفز ضوئي لتفاعل الأكسدة الأكثر كفاءة من NiFe-LDH/BiVO4.

أظهرت الأنظمة الضوئية الحفازة في شكل لوحات إمكانيات كبيرة للتطبيق العملي على نطاق واسع الإنتاج من خلال تحليل الماء في عملنا الحالي، نستكشف توسيع نظام Z-scheme المذكور أعلاه لتفكيك الماء المدفوع بالطاقة الشمسية، من خلال تطوير مفاعلات لوحية بمكونات معيارية سهلة التوسع. تم إعداده في شكل فيلم، مما يجعله قابلاً للإدماج في مفاعل لوحي، النقطة الرئيسية هي تطوير أوراق البيروفسكايت. لهذا الغرض، يتم تثبيت البيروفسكايت الهاليدي على لوحة بلاستيكية أكريليكية بواسطة طريقة بسيطة لمعالجة المحلول باستخدام رباعي إيثيل أورثوسيليكات كعامل ربط (الشكل التكميلي 19). تُظهر خصائص الميكروستركتشر (الشكل التكميلي 20) أن ورقة المحفز الضوئي تحتوي على جزيئات بيروفسكايت بحجم عدة ميكرومترات، مع تشكيل جزيئات الربط رباعي إيثيل أورثوسيليكات/سيليكا هياكل مسامية متاحة لنقل الكتلة. مثل هذه الورقة المحفزة الضوئية من البيروفسكايت ) ينتج عن طريق HI الانقسام مع STH من في محلول هيدروهالي يحتوي على تحت ضوء الشمس المحاكى
الإضاءة (1 شمس، AM1.5G، ، الشكل التوضيحي التكميلي 21). علاوة على ذلك، يظهر نشاط التحفيز الضوئي لتفاعل تقليل الهيدروجين زيادة مع كمية تحميل البيروفسكايت من 10 إلى 70 ملغ على لوحة قاعدة من الأكريليك، مع نشاطComparable لنظام تعليق المسحوق الذي يحتوي على نفس كمية المحفز الضوئي (الشكل التكميلي 22). ومع ذلك، بعد 70 ملغ، لم يعد نشاط HER لأوراق البيروفسكايت يظهر زيادة ملحوظة مع إضافة المزيد من المحفز الضوئي، حيث يصل إلى مستوى مستقر. ومن المحتمل أن يكون ذلك بسبب أن تعرض المواقع النشطة يميل إلى التشبع على ركيزة معينة ذات مساحة محدودة (مع الحد الأقصى للكمية الفعالة من المحفز الضوئي حوالي. ). على النقيض من ذلك، يمكن أن يمكّن نظام التعليق الذي يحتوي على محلول سائل أكثر تحت التحريك من وجود المزيد من المحفزات الضوئية، ولهذا السبب يتم الحصول على نشاط ضوئي محفز أعلى في نظام التعليق الذي يحتوي على كميات أكبر من المحفزات الضوئية ( ومع ذلك، فإن أوراق المحفز الضوئي تقلل بشكل كبير من كمية محلول المتفاعل المطلوب وتلغي الحاجة إلى نظام تحريك إضافي، وهو أمر لا غنى عنه في أنظمة التعليق. هذه المزايا مفيدة لتطوير وتعزيز التطبيقات الموسعة لأنظمة التحفيز الضوئي.

المفاعل المصمم للاختبارات على نطاق واسع يتكون من خلايا HER و OER متتالية (تحت المفاعلات)، والتي تتصل وتدور بواسطة مضخة بيرستالتية، مما يسمح بمنتج الأكسدة من في خلية HER الحمضية للتدفق إلى خلية OER، بالإضافة إلى تدفق I- المخفض مرة أخرى إلى خلية HER، كما هو موضح بشكل تخطيطي في الشكل 6a. أما بالنسبة للفرع الفرعي HER، فإن الحجرة تتكون من لوحة القاع وغطاء زجاجي من الأكريليك بنفس الحجم، مع عمق طبقة محلول الحمض (أي ارتفاع المساحة للريكتور) يبلغ 3 مم (الشكل 6d). يمكن توسيع ورقة البيروفسكايت بسهولة إلى منطقة أكبر من خلال طريقة صب المحلول. على سبيل المثال، تم تحضير فيلم المحفز الضوئي بشكل متاح على اللوحة السفلية من الزجاج الأكريليكي لمفاعل اللوحة (الشكل التكميلي 23). ثم تم تقييم أداء مفاعل HER المدمج مع ورقة البيروفسكايت في ظروف خارجية (من 13:00 إلى 15:00، جامعة شاندونغ، تحت ضوء الشمس، و تطورت في ساعتين في المحلول الحمضي دون عند الضغط الجوي (الشكل التوضيحي 24). من ناحية أخرى، الفيلم مرتبط بـ قماش الكربون لتجميع خلية OER مغطاة بنافذة من الأكريليك (الشكل 6e). يتم تقسيم هذا الحجرة OER إلى حجرتين بواسطة غشاء ثنائي القطب من أجل تقليل و التطور الذي حققته الأقمشة الكربونية و ، على التوالي.

تم إجراء اختبار خارجي لمدة 7 أيام (من 11:00 إلى 14:00 كل يوم) في المختبر الوطني الرئيسي لمواد البلورات، جامعة شاندونغ. ) تحت إضاءة الضوء الطبيعي. خمس وحدات نموذجية ( FPBI، الشكل 6ب يُظهر العرض المُكبر لوحدة واحدة) تم دمجها لتوضيح عملية التوسع (من حيث المبدأ، يمكن دمج عدد مُرغوب فيه من الوحدات، بشرط أن تكون المضخة الدوارة قادرة على توفير القوة الدافعة الكافية لـ إنتاج الغاز من النظام هو و لـ HER و OER، على التوالي (الشكل التوضيحي 26)، مما يدل على تفاعل صافي لعملية تحليل الماء بشكل كامل دون إضافة مادة تضحوية. يحقق نظام اللوحة متوسط STH قدره (الشكل 6f، الشكل التوضيحي 27). أعلى قيمة STH لـ تم الحصول عليه في أكتوبر 2023، الساعة 11:30 صباحًا عندما كانت شدة ضوء الشمس (الشكل 6g والفيلم التكميلي 2). هذه القيمة هي نصف تلك الموجودة في نظام تعليق المسحوق لأن الحد الأقصى لتحميل المحفز الضوئي الفعال على ركيزة اللوحة ( ) تحد من نشاطها الضوئي الحفاز (الشكل التكميلي 22). علاوة على ذلك، فإن تجانس وجودة فيلم البيروفسكايت ذو المساحة الأكبر ( ربما ليس جيدًا كما هو في ورقة أصغر كما هو موضح في الشكل التوضيحي 23. مشكلة أخرى مرتبطة في هذا النظام الموسع هي أنه، عند حدوث التفاعل الضوئي التحفيزي، فإن فيلم البيروفسكايت
يتقشر إلى حد ما من الركيزة (الشكل التوضيحي 28)، مما يتسبب في تدهور هيكل اللوحة. لتعزيز الأداء، فإن التعديلات ضرورية في اختيار عامل الربط المناسب، والركيزة، وطريقة الطلاء. ستزيد هذه التعديلات من كمية التحميل الفعالة للبيروفسكايت على الركيزة وتضمن اتصالًا أكثر حميمية، مما يعزز النشاط والاستقرار. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى عمل مفصل لتحسين الأنظمة المستقبلية. على سبيل المثال، تركيز وسيط الأكسدة والاختزال، الذي يعد عاملاً يؤثر على كفاءة نظام STH الخارجي، يحتاج إلى إدارة دقيقة. يمكن التحكم في هذه التركيزات عن طريق ضبط تدفق السائل في مضخة بيرستالتية.

بغض النظر عن التصميم المختار لأجهزة الوقود الشمسي، يجب مراعاة عدة قيود رئيسية للتطبيقات العملية، بما في ذلك المتطلبات الأساسية للكفاءة، والاستقرار، والتكلفة، وقابلية التوسع. على الرغم من أن كفاءة STH لجهازنا حالياً أقل من تلك الخاصة بالتحليل الكهربائي المدفوع بالطاقة الشمسية لتفكيك الماء بشكل عام على نطاق المختبر، إلا أن جهازنا يظهر مزايا في البساطة، والجدوى الاقتصادية، وقابلية التوسع (الجدول التكميلي 8). والأهم من ذلك، أن التصميم الفريد لنظام Z-scheme الضوئي الخاص بنا لا ينتج فقط و في خلايا منفصلة ولكنها أيضًا تقمع بشكل فعال التفاعلات الجانبية والخلفية، مما يؤدي إلى تحسين ملحوظ في STH لأنظمة Z -scheme. تقدم هذه الطريقة رؤى قيمة لمعالجة التحديات الحالية في أنظمة Z-scheme وستسرع من التقدم نحو كفاءات أعلى.

باختصار، يُظهر هذا العمل نظامًا متكاملًا وفعالًا لتفكيك الماء مدفوعًا بالطاقة الشمسية بتصميم Z، يتضمن خليتين لتفاعل الهيدروجين (HER) وتفاعل الأكسجين (OER) على التوالي، متصلتين بواسطة وسيط الأكسدة والاختزال. يحقق هذا التصميم فصل و التطور من الماء، مع قمع التفاعلات العكسية والتفاعلات الجانبية التي تحدث عادة في أنظمة التحفيز الضوئي التقليدية من نوع Z، وتجنب عمليات تخزين الغاز المعقدة وعمليات الفصل اللاحقة المرتبطة بمشاكل السلامة. لذلك، فإن الحالية أرشيف STH من تحت محاكاة شمس واحدة (AM1.5G، بالإضافة إلى ذلك، فإن النظام المصمم ووحدات مفاعل اللوحة متاحة بسهولة للتوسع المتزامن. تُظهر هذه الدراسة أن التصميم الفريد لنظام التفاعل يفتح فرصًا قيمة لتعزيز كفاءة أنظمة تحليل الماء الكلي المدفوعة بالطاقة الشمسية.

تم تخليق FABr من خلال تفاعل استبدال مزدوج كما أبلغنا سابقًا. . بالتحديد، 5 جرام من أسيتات الفوراميدين ( علاء الدين. ) تم إضافته ببطء إلى 7.5 مل من حمض الهيدروبروميك (HBr، ألالدين، في الماء) مع التحريك لتكوين محلول صافٍ وتسخينه عند حتى تم إزالة المذيب تمامًا. تم غسل المسحوق الأبيض الناتج بـ 15 مل من الإيثر (شركة سينوفارم للمواد الكيميائية، المحدودة، AR، ) وجفف في درجة حرارة الغرفة للحصول على FABr .

ال تم تحضير المساحيق بواسطة طريقة الترسيب المشترك من محلول مشبع. عادةً، 10 جرام من بروميد الرصاص ( تم إذابة 99% من مادة علاء الدين في 50 مل من المحاليل المختلطة من حمض الهيدروبروميك وحمض الفوسفور. شركة شانغهاي ماكلين للكيماويات الحيوية المحدودة، AR، في الماء) )، ثم تم إضافة 3.41 جرام من FABr ببطء إلى المحلول مع التحريك بقوة تحت . تم فصل المحلول والمساحيق بواسطة الطرد المركزي، مما أدى إلى الحصول على مساحيق FPB ومحلول حمضي مشبع بـ FPB. ثم تم خلط المحلول الحمضي الناتج مع 3 مل من حمض الهيدريوديك (HI، Aladdin، 55-58%)، تلاه إضافة 0.5 جرام من مساحيق FPB مع التحريك القوي. تم تعريض الخليط لإشعاع ضوء الشمس المحاكي لمدة ساعتين لتسريع تفاعل تبادل الهالوجين والحصول على بيروفسكايت مختلط الهاليد. عينة المسحوق
تم فصل FPBI عن محلوله بواسطة الطرد المركزي وتجفيفه في في فرن. تم الاحتفاظ بمحلول الحمض الناتج المشبع بـ FPBI كمحلول تفاعل في الاختبارات الضوئية اللاحقة. في التجارب المصممة للتحقيق في النشاط الضوئي المحفز لمادة البيروفسكايت في المحاليل بدون تم تحضير محلول الحمض المشبع بالبيروفسكايت المقابل باتباع إجراءات مشابهة لتلك الموصوفة سابقًا، مع استثناء أن لم يتم إضافته إلى محلول الحمض.

تم تخليق النانو زهور من خلال عملية حل حراري. . أولاً، 0.484 جرام من ثنائي هيدرات موليبدات الصوديوم علاء الدين. بوروهيدريد الصوديوم تم إضافة 0.316 جرام من مسحوق السيلينيوم (Se، ألالدين، 99.9%) إلى دورق يحتوي على 40 مل من محلول الإيثانول، وتم تسخين المحلول إلى بعد التحريك الشديد لمدة ساعتين، تم نقل المحلول إلى وعاء أوتوكلاف مبطن بتفلون سعة 100 مل وتم الاحتفاظ به عند لمدة 24 ساعة. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة، تم تجفيف المساحيق السوداء التي تم الحصول عليها من خلال الترشيح بالشفط في فرن مفرغ من الهواء عند للحصول على المنتج النهائي.

تم تحضير /FPBI بواسطة طريقة التجميع الذاتي الكهروستاتيكي. على وجه التحديد، مسحوق FPBI الذي تم تصنيعه حديثًا و زهور نانوية ) تم إضافتها إلى دورق سعة 50 مل يحتوي على 30 مل من محلول FPBI المشبع. بعد التحريك لمدة تم الحصول على راسب FPBI من خلال الامتزاز الكهروستاتيكي لـ على أسطح FPBI.

ال تم تحضير فيلم المحفز الضوئي على لوحة القاعدة من الأكريليك باستخدام طريقة صب القطرات المعالجة بالحلول بسهولة، باستخدام رباعي إيثيل أورثوسيليكات (شركة إيكوباور للمواد الجديدة، كروسيل-سي 28) كعامل ربط. أولاً، ال تم تنظيف الزجاج الأكريليكي باستخدام الإيثانول وماء DI. ثم تم إذابة 70 ملغ من FPBI المحضر في 1 مل من N,N-Dيميثيل فورماميد (DMF، شركة شانغهاي ماكلين للكيماويات الحيوية، AR، ). بعد ذلك، وتم إضافة 10 ميكرولتر من رابط رباعي إيثيل أورثوسيليكات وتم تفريقه بواسطة الموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق. تم إسقاط المحلول على اللوح السفلي من الأكريليك بشكل متساوٍ، ثم تم نقل اللوح إلى فرن عند لمدة 24 ساعة.

ال تم تصنيع الفيلم باستخدام طريقة تم الإبلاغ عنها في الأدبيات السابقة “. في البداية، 6.640 جرام من يوديد البوتاسيوم (KI، شركة فوجي فيلم واكو للمواد الكيميائية النقية، ) و 1.940 جرام من نترات البزموت خماسية الماء شركة فوجي فيلم واكو للمواد الكيميائية النقية ) تم إذابتها في 100 مل من الماء المنزوع الأيونات. لضبط حمض النيتريك ( شركة كانتو كيميكل، إنك. ) تم إضافته وتم تحريك الخليط لمدة 40 دقيقة. بالتوازي، تم تحريك 40 مل من الإيثانول الذي يحتوي على 0.994 جرام من p-benzoquinone (شركة كانتو كيميكل، 98%) لمدة 30 دقيقة. ثم أضيفت محلول الإيثانول إلى محلول الماء وتم تحريكه لمدة 30 دقيقة إضافية، مما شكل محلول مختلط. تم تخليق فيلم BiOI من خلال الترسيب الكهربائي في إعداد قياسي ثلاثي الأقطاب باستخدام محطة العمل الكهروكيميائية CHI 660E. تم استخدام ركيزة زجاجية FTO نظيفة (FTO، ، مع منطقة مغمورة من ) تم استخدامه كالكاثود العامل. محلول مشبع عملت القطب الكهربائي كقطب مرجعي، بينما تم استخدام ورقة من البلاتين كقطب مضاد. تم إجراء ترسيب أنودي عند جهد ثابت قدره -0.1 فولت لمدة 10 دقائق لإنتاج BiOI. بعد ذلك، تم إضافة 0.45 مل من محلول ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO، KANTO CHEMICAL CO., INC.، 99%) يحتوي على 0.2 م من أسيتيل أسيتونات الفاناديوم. ، سيغما-ألدريتش، 98%) تم تطبيقه على رقائق BiOI النانوية. ثم تم وضعها في فرن مفلط وحرقتها عند لمدة ساعتين. أخيرًا، الـ تم الحصول على الفيلم عن طريق غمر
المنتج المستحصل عليه في 1 م هيدروكسيد الصوديوم (NaOH، سيغما-ألدريتش، ) لمدة 30 دقيقة .

تم تعديل NiFe-LDH على فيلم وفقًا لطريقة هيدروحرارية تم الإبلاغ عنها سابقًا مع بعض التعديلات 10 ملغ من نترات الحديد غير المائية علاء الدين، المملكة العربية السعودية و 45 ملغ من نترات النيكل سداسية الماء شركة سينوفارم للمواد الكيميائية المحدودة، AR، ) عادة ما يتم إذابتها في 24 مل من الماء المقطر و 6 مل من DMF (شركة شانغهاي ماكلين للكيماويات الحيوية، AR، ). بعد ذلك، الـ تم غمر الفيلم في هذا المحلول مع التحريك لمدة 30 دقيقة. تم وضع العينة المحضرة في أوعية أوتوكلاف مبطنة بتفلون للتفاعل الحلولي الحراري. لمدة 6 ساعات. تم الحصول على الفيلم بعد التنظيف بالماء المنزوع الأيونات والإيثانول.