Az elektroncsapdázás sajátos esete reakciócentrum/WO3 (·0,33H2O) és TiO2/WO3(·0,33H2O) rendszerekben

The specific case of electron trapping in reaction centre/WO3(·0.33H2O) and TiO2/WO3(·0.33H2O) systems

Abstract

Considerable interest was observed towards the integration of photosynthetic reaction centre (RC) based biohybrid systems – RC/Si (K. Hajdu et al, 2012), ITO (T. Szabó et al, 2013), CNT (L. Nagy et al, 2014) – into different photovoltaic devices, thus providing solution for exhausting energy resources. Since WO₃ acts as an efficient charge separator but also possesses an excellent affinity towards electrons (expressed by its positive reduction potential), our curiosity has led us to study the functionality of WO₃(·0.33H₂O) in RC/WO₃(·0.33H₂O) and TiO₂/WO₃(·0.33H₂O) systems. While RC was isolated from Rhodobacter sphaeroides R26 bacterial cells via the biochemical procedure, the differently shaped WO₃(·0.33H₂O) crystals synthesized via hydrothermal crystallization and characterized via SEM, XPS, Raman, IR, XRD, DRS techniques. The efficiency of interaction in the as-prepared biohybrid system has been correlated to the component’s surface charge and to the structural/morphological properties of the inorganic carrier (W⁵⁺ content, crystal phase, etc.), followed by the investigation of electron trapping of the inorganic carrier by effectuating UV-Vis, flash kinetics and fluorescence emission measurements. Also, the charge transfer has been investigated via DRS in TiO₂/WO₃(·0.33H₂O) systems.

Kivonat

Jelentős érdeklődés figyelhető meg a kimerülő energiaforrások problémájának megoldást kínáló fotoszintetikus reakciócentrum fehérje (RC) alapú biohibrid rendszerek iránt – RC/Si (K. Hajdu et al, 2012), RC/ITO (T. Szabó et al, 2013), RC/CNT (L. Nagy et al, 2014) – fotovoltaikus alkalmazhatóságuknak köszönhetően. Mivel a WO₃ hatékony töltésszeparátor, ugyanakkor elektronaffinitása (pozitív redukciós potenciáljával utalva) is figyelemre méltó, kíváncsiságunk arra ösztönzött, hogy tanulmányozzuk a WO₃(·0,33H₂O) a RC/WO₃·(0,33H₂O) és TiO₂/WO₃·(0,33H₂O) rendszerekben betöltött szerepét. Míg a RC Rhodobacter sphaeroides R26 bakteriális sejtekből izoláltuk, a WO₃(·0,33H₂O) félvezetők szintézise hidrotermális kristályosítás módszerével és jellemzése SEM, XPS, Raman, IR, XRD, DRS módszerekkel valósult meg. Az interakció hatékonysága a biohibrid rendszerben a komponensek felületi töltésével és a félvezető strukturális/morfológiai tulajdonságaival (W⁵⁺ tartalma, kristályfázis, stb.) hoztuk összefüggésbe, miután UV-Vis flash kinetika és emissziós fluoreszcencia mérések által igazoltuk a töltéscsapdázás jelenlétét. Mindezek mellett, a töltésátvitelt vizsgáltuk TiO₂/WO₃(·0,33H₂O) rendszerekben is DRS segítségével.

Acknowledgements

B. Boga gratefully acknowledges the financial support provided by Babeș-Bolyai University via scholarship ‘Bursă Specială pentru Activitatea Științifică’ during the 2019-2020 academic year. In addition, Zs. Pap would like to thank the Romanian National Authority for Scientific Research, CNCS- UEFISCDI – project number PN-III-P1-1.1-TE-2019-1318.