БІОЕЛЕКТРОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ВИБОРУ ФОТОЕЛЕКТРОХІМІЧНОЇ СКЛАДОВОЇ ФОТОБІОЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ СИСТЕМ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1813-5420.1.2018.133044Ключові слова:
фотобіоелектрохімічна система, екзоелектрогени, фотоелектрохімічний елемент, напівпровідник, біоанод, заборонена зонаАнотація
В статті розглянуто можливість використання фотоелектрохімічних елементів як джерела енергії для фотобіоелектрохімічної системи. Мета роботи полягає в розгляді фото- та біоелектрохімічних процесів, що відбуваються в фотобіоелектрохімічних системах, з точки зору оптимізації загальної продуктивності системи та теоретичному обґрунтуванні вибору матеріалу для фотоелектрохімічної складової фотобіоелектрохімічних систем. Проаналізовано реакції, що відбуваються в фотобіоелектрохімічних системах, які працюють за принципом чотирьохелектродної та двохелектродної системи, та потоки носіїв заряду, які беруть участь у формуванні струму в системі. Для визначення матеріалів, які найкраще підходять для використання в фотобіоелектрохімічних системах, проведено порівняльний аналіз найпоширеніших напівпровідників різних типів. Основними характеристиками напівпровідників, які враховували при визначенні придатності для поєднання з мікробним паливним елементом, були структура енергетичних рівнів та чутливість до світла у видимому спектрі. Визначено, що для використання в фотобіоелектрохімічній системі найкраще підходять Si, СdSe, CuInS2, GaAs, MoS2 та TaNO, CdS, Cu2O, GaP, C3N4, SiC.
Посилання
Зубченко Л. С. Світлозалежне отримання водню в паливних та біопаливних елементах / Л. С. Зубченко, Є. В. Кузьмінський // Відновлювальна енергетика. – 2015. – Вип. 4. – С. 85-92.
Ajayi F. F. Study of hydrogen production in light assisted microbial electrolysis cell operated with dye sensitized solar cell / F. F. Ajayi, K. Y. Kim, K.-J. Chae, M. J. Choi, S. Y. Kim, I. S. Chang, I. S. Kim // International Journal of Hydrogen Energy.– 2009. – Vol. 34, №. 23.– Р. 9297–9304.
Ajayi F. F. Optimization studies of bio-hydrogen production in a coupled microbial electrolysis-dye sensitized solar cell system / F. F. Ajayi, K. Y. Kim, K. J. Chae, M. J. Choi, S. Y. Kim, I. S. Chang, I. S. Kim // Photochemical photobiological sciences:Official journal of the European Photochemistry Association and the European Society for Photobiology. – 2010. – Vol. 9, – №. 3.– P. 349–356.
Wang H. Self-biased solar-microbial device for sustainable hydrogen generation / H. Wang, F. Qian, G. Wang, Y. Jiao, Z. He, Y. Li // ACS Nano. – 2013. – Vol. 7. – № 10. – Р. 8728–8735.
5. Кузьмінський Є. В. Нетрадиційні електрохімічні системи перетворення енергії. Фото-, термо- та біопаливні елементи: Навчальний посібник. / Є. В Кузьмінський., Г. Я. Колбасов, Я. Ю. Тевтуль, Н. Б. Голуб. –Чернівці : Рута, – 2003.–96с.
Qian F. Solar-driven microbial photoelectrochemical cells with a nanowire photocathode / F. Qian, G. Wang, Y. Li // NanoLett. – 2010. – № 10.– Р 4686–4691.
Lu A. Microbial fuel cell equipped with a photocatalytic rutile-coated cathode / A. Lu, Y. Li, S. Jin, H. Ding, C. Zeng, X. Wang, C. Wang // Energy Fuels. – 2009. – №24 (2). –Р. 1184–1190.
Chen Q.Y. Hydrogen production on TiO2 nanorod arrays cathode coupling with bio-anode with additional electricity generation/ Q.Y. Chen, J. S. Liu, Y. Liu, Y.H. Wang// Journal of Power Sources. – 2013. – № 238. – Р. 345–349.
Kim H. W. Photocoupled bioanode: a new approach for improved microbial fuel cell performance / H. W. Kim, K. S. Lee, A. Razzaq, S. H. Lee, C. A. Grimes, S. I. In // Energy Technol. – 2018. – Vol. 6. – P. 257 – 262.
Lee S. H. Wastewater treatment and electricity generation from a sunlight-powered single chamber microbial fuel cell / S. H. Lee, K. S. Lee, S. Sorcar, A. Razzaq, C. A. Grimes, S. I. In // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – 2017. – 9 р.
Kuzminskiy Ye. Bioelectrochemical hydrogen and electricity production. Theoretical bases, description and modeling of the process. / Ye. Kuzminskiy, K. Shchurska, I. Samarukha, G. Lagod. – Lublin : Politechnica Lubelska, – 2013. – 102 р.
Глушко В. П. Термические константы веществ / Под ред. В. П. Глушко, – М. : ВИНИТИ, – 1965-1982. – Вып.1-10.
Yan J. Handbook of clean energy systems: 6 volume set / J. Yan. – Chichester: John Wiley & Sons, – 2015. – Vol. 5. – 4032 р.
Logan B. E. Microbial fuel cells: methodology and technology /B. E. Logan, B. Hamelers, R. Rozendal, U. Schröder, J. Keller, S. Freguia, P. Aelterman, W. Verstraete, K. Rabaey // Environ. Sci. Technol. – 2006. – Vol. 40 (17). – P. 5181–5192.
Rabaey K. Мicrobial phenazine production enhances electron transfer in biofuel cells / K. Rabaey, N. Boon, M. Höfte, W. Verstraete // Environ. Sci. Technol. – 2005. – Vol. 39 (9). – P. 3401–3408.
Price-Whelan A. Pyocyanin alters redox homeostasis and carbon flux through central metabolic pathways in Pseudomonas aeruginosa PA14 / A. Price-Whelan, L. E. P. Dietrich, D. K. Newman // J. Bacteriol. – 2007. – Vol. 189. – № 17. – Р. 6372–6381.
Dietrich L. E. P. The phenazine pyocyanin is a terminal signaling factor in the quorum sensing network of Pseudomonas аeruginosa / L. E. P. Dietrich, A. Price-Whelan, A. Petersen, M. Whiteley, D. K. Newman // Molecular Microbiology. – 2006. – Vol. 61(5). – P. 1308–1321.
Zhao J. Hybrid catalysts for photoelectrochemical reduction of carbon dioxide: a prospective review on semiconductor/metal complex co-catalyst systems / J. Zhao, X. Wang,Z. Xu and J. S. C. Loo // Journal of Materials Chemistry A. – 2006.– vol. 2 – Is. 37. – P. 15228-15233.
Мусієнко М. М. та ін. Екологія: Тлумачний словник. – К.: Либідь, 2004. – 376 с.
Фреїк Д. М. Фотоелектричні перетворювачі сонячного випромінювання. Досягнення, сучасний стан і тенденції розвитку / Д. М. Фреїк, В. М. Чобанюк, М. О. Галущак, О. С. Криницький, Г. Д. Матеїк // Фізика і хімія твердого тіла. – 2012. – Т. 13. – №1. – С. 7–20.
Кожем‘яко В. П. Аналітичний огляд сучасних технологій фотоелектричних перетворювачів для сонячної енергетики / В. П. Кожем‘яко, О. Г. Домбровський, В. Ф. Жердецький, В. І. Маліновський, Г. В. Притуляк // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. – 2011. – т. 22. – №20. – С. 141 – 157.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
