The dilemma of the band gap

ResearchBlogging.org

In a photocatalyst, the electronic band gap is one of the most important properties.
The size of the band gap determines the range of light that it can absorb. To excite an electron across a large band gap, a photon with a large energy required. Large energy means a smaller wavelength. In general, metal oxides usually possess band gaps of 3.0 eV or larger, which means that they only absorb UV light (wavelength < 400 nm), and not visible light (wavelength between 400 and 800 nm). Since most of the energy in sunlight is in the visible region, materials that can absorb visible light, i.e. materials with smaller band gaps, are required.
At the same time, the position of the band levels are also important. In order for electrons in the conduction band to cause a desired reduction reaction, the level of the conduction band must be more negative than the reaction’s redox potential. Likewise, the valence band must lie at a more positive level than the oxidation reaction’s potential, in order for the hole to cause the reaction.This may sound confusing, but this diagram should make it clearer.

You can see that if the band gap is too small, there would be no driving force for the electrons and holes to cause a reaction.This presents a dilemma. We need a small band gap to absorb more light, but a larger band gap is required for redox capability. There should be a balance somewhere in the middle, where we can get the best of both worlds.

In this week’s Journal of the American Chemical Society, Ouyang et al. reported that they indeed found an optimum point for one material.They synthesized AgAl1-xGaxO2 with x from 0 to 1. As they increased the proportion of Ga, the band gap became smaller, and the color visibly changed from dull green to orange.

Figure from S. Ouyang and J. Ye, J. Am. Chem. Soc. 2011

The activity, as measured by the decomposition of iso-propanol under visible light, showed that a peak was reached with AgAl0.6Ga0.4O2, which had 35 times the activity of AgAlO2 and 65 times that of AgGaO2.

This paper showed that it is possible to tune the band structure in order to increase the photocatalytic activity dramatically.

Reference:

Ouyang, S., & Ye, J. (2011). β-AgAlGaOSolid-Solution Photocatalysts: Continuous Modulation of Electronic Structure toward High-Performance Visible-Light Photoactivity

Journal of the American Chemical Society DOI: 10.1021/ja110691t

สติแตกก่อนโลกแตก

ช่วงนี้หลายคนน่าจะได้ยินข่าวเรื่องโลกจะแตกมาไม่มากก็น้อย คำทำนายล่าสุดนี้มาจากนาย Harold Camping (รายละเอียดอ่านได้จากคอลัมน์ในTime) เขาบอกว่าโลกจะถึงกาลอวสานในวันที่ 21 พฤษภาคม

ตอนนี้วันที่ 22 แล้ว เชิญทุกท่านเริ่มหัวเราะเยาะเย้ยได้ตามใจชอบ เรื่องคำทำนายโลกแตกนี้ก็ไม่ต่างจากความเชื่องมงายเรื่องอื่น ๆ

บางคนอาจจะไม่ชอบการที่ผมไปว่าหรือดูถูกความเชื่อที่งมงาย(ซึ่งเป็นสิ่งที่ผมทำประจำ)

คนพวกนั้นนึกว่าคำว่า”ความเชื่อ”เป็นคำศักดิ์สิทธิ์ สามารถเป็นข้ออ้างได้สำหรับทุกอย่าง คนพวกนั้นลืมไปว่า”ความเชื่อ”มีผลแค่ไหนต่อพฤติกรรมมนุษย์

เมื่อวันที่ 20 มีสตรีคนหนึ่งในสหรัฐเอามีดกรีดคอลูกสาวสองคน ก่อนจะกรีดคอตัวเอง (รายละเอียดข่าวจากสื่อท้องถิ่น) โชคดีที่ทั้งสามคนรอดชีวิต เธอบอกว่าเธอไม่ต้องการให้ลูกต้องมารับทุกข์จากเหตุการณ์โลกอวสานที่กำลังจะเกิดขึ้น

นี่คือตัวอย่างของผลร้ายที่เกิดขึ้นจากความเชื่องมงาย นี่คือเหตุผลว่าทำไมเราควรตรวจสอบหลักฐานก่อนที่จะเชื่อ

ถ้าการหัวเราะเยาะความเชื่อเหล่านี้สามารถทำให้คนแม้แต่คนเดียวเริ่มเอะใจ เริ่มคิดสงสัย แค่นั้นก็เพียงพอแล้ว

Game design tip from Richard Garfield: Play with a designer’s eye

I had the opportunity to meet Richard Garfield, designer of Magic: the Gathering, at an event last year. Actually, he started the whole field of trading card games. He was at the Magic World Championship 2010, held in Yokohama.

I waited in line to get his signature, and when it was my turn, I asked him whether he had any advice for an aspiring game designer.

I can’t remember his exact words, so I’ll paraphrase. He said I should try playing as many kinds of games as possible, even those that I do not like. Then I should try to discover why those games are fun.

This is a question that game designers should be asking themselves when playing a game. Even games that you hate must have a component that is fun for someone.

So start right now. When you play a game, don’t just play to win. Ask yourself:

  • Which part is fun? What makes this game fun?
  • Which part is boring/unfun?
  • What makes you want to play this game again?
Richard Garfield (left) and me

หนึ่งวันในชีวิตนักเคมี

นี่คือหนึ่งวันที่แสนจะธรรมดาในห้องแล็บของผม

9.35 มาถึงห้องแล็บสายไป 5 นาที โดยอาจารย์ดุไปหนึ่งรอบ อาจารย์บอกว่าเธอเป็นนักเรียนป.โทปีสองแล้ว ควรเป็นตัวอย่างที่ดีให้แก่รุ่นน้อง

9.40 ชงกาแฟทิ้งไว้ แล้วเริ่มทำการทดลองเบอร์ 1 (ใช้เวลาเตรียมตัวตอนแรก 45 นาที หลังจากนั้นต้องมาวัดค่าทุก ๆ ชั่วโมง)

10.00 เพื่อนหาสารเคมีชนิดหนึ่งไม่เจอ ไปช่วยหา ปรากฎว่าโดนเก็บอยู่ผิดตู้

10.30 อาจารย์สั่งให้ไปสอนรุ่นน้องที่เพิ่งเข้าห้องแล็บ ในการสร้างสารชนิดหนึ่ง

11.30 เตรียมการทดลองตัวเองเสร็จ สอนรุ่นน้องเสร็จ กลับมาห้องพักเพื่อดื่มกาแฟเย็นชืด ก่อนออกไปกินข้าวกลางวัน

12.45 ฟุบหลับไปกับโต๊ะ ก่อนจะสะดุ้งขึ้นมาเพราะนึกขึ้นได้ว่าลืมวัดค่าของการทดลองเบอร์ 1 วัดช้าไป 10 นาที ยังพอให้อภัยได้

13.30 เริ่มทำการทดลองเบอร์ 2 (ปล่อยก๊าซผ่านสารที่ความร้อนสูง เตรียมตัว 30 นาที แล้วทิ้งไว้ข้ามคืน)

13.35 ก๊าซไม่ไหล เกิดอะไรขึ้น?

13.45 พบว่าท่อก๊าซตัน รีบจัดการทำความสะอาดท่อ

14.30 สอนรุ่นน้องอีกกลุ่มหนึ่ง วัดข้อมูลอีกแบบหนึ่งของสารที่สร้างขึ้นมา

15.00 มีเวลาว่างเล็กน้อย จริง ๆ ควรเอาเวลานี้มาวิเคราะห์ข้อมูล แต่เลือกที่จะคุยเรื่องไร้สาระกับเพื่อน ก่อนจะฟุบหลับที่โต๊ะอีกครั้ง

15.45 โดนปลุกเพราะมีคนมาส่งสารเคมีที่สั่งไว้ แอบด่าในใจที่มารบกวนเวลานอนอันมีค่า ก่อนที่จะบอกขอบคุณเขา

16.00 การทดลองหมายเบอร์ 1 เสร็จ ล้างเครื่องมือก่อนทำการทดลองแบบเดิมกับสารตัวใหม่

17.00 เริ่มหิวตะหงิด ๆ แต่ยังไปกินข้าวไม่ได้ เพราะต้องไปช่วยเพื่อนอีกคนหนึ่งซ่อมเครื่องมือ

18.30 กินข้าวเย็นเสร็จ กลับมาที่ห้องพัก เล่นเน็ตไปพลาง ๆ ระหว่างวิเคราะห์ข้อมูลและสร้างกราฟเพื่อโชว์ให้อาจารย์ดู อันที่จริงอาจารย์ทวงผลการทดลองมาตั้งแต่อาทิตย์ที่แล้ว แต่เพิ่งมาเริ่มรวบรวมวันนี้

21.30 การทดลองเสร็จสิ้น ทิ้งเครื่องมือไว้ล้างพรุ่งนี้เพราะขี้เกียจ กลับบ้านด้วยความสบายใจ คิดเข้าข้างตัวเองว่าวันนี้ได้ทำอะไรเป็นชิ้นเป้นอันบ้าง สัญญากับตัวเองว่าพรุ่งนี้จะขยันกว่านี้