Forskningsteam afdækker ekstraordinære egenskaber ved strontiumniobat

Forskere fra National University of Singapore (NUS) afslørede for nylig nye egenskaber ved strontiumniobat, som er et unikt halvledermateriale, der viser både metallisk ledning og fotokatalytisk aktivitet. De to undersøgelser, som blev udført i samarbejde med forskere fra University of California, Berkeley, og Lawrence Berkeley National Laboratory, varsler spændende muligheder for oprettelse af nye enheder med hidtil usete funktionaliteter samt unikke anvendelser af en ny familie af fotokatalytiske materialer.

Dr Wan Dongyang, en forsker fra NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute (NUSNNI), der var involveret i både forskning, sagde, "Nøglen til disse vellykkede undersøgelser var NUSNNI-teamets evne til at producere krystallinske film af høj kvalitet af disse materialer, der derefter blev undersøgt ved en række målinger for at give videnskabelige spor om, hvordan sådanne materialer fungerer under forskellige betingelser."

Ny familie af plasmoner afdækket i utraditionelt metal

I den første undersøgelse, forskerne, der blev ledet af adjunkt Andrivo Rusydi, og direktør for NUSNNI professor T Venky Venkatesan, havde fundet ud af, at mens strontiumniobat er meget metallisk i naturen på grund af en meget stor elektronpopulation i materialet, som er typisk for de fleste metaller, det er stadig gennemsigtigt ved de fleste fotonergier, hvilket er en enestående ejendom, der er ulig de fleste metaller. Ved hjælp af spektroskopiske teknikker, forskergruppen opdagede, at denne unikke egenskab stammede fra en iboende plasmonisk absorption.

Dr Teguh Citra Asmara, den første forfatter til papiret og også en postdoktorforsker ved NUSNNI, sagde, "Fra vores studier, vi fandt ud af, at dette materiale er en halvleder med en stor båndgap på fire elektronvolt. Baseret på vores forståelse af halvledere og dette materiales stærke metalliske adfærd, vi forventede ikke, at dette materiale absorberede synlige fotoner, så de resultater, vi fandt, er virkelig overraskende. "

"Plasmoner er resonante svingninger af en samling elektroner og forekommer typisk i et metallisk faststof. Under de rigtige forhold, fotoner kan få disse plasmoner til at blive exciteret i et fast stof, og i denne proces absorberer det faste foton foton energi. Inden vores team fandt ud af dette, dette materiale menes at bestå af en mindre båndgap, i størrelsesordenen to elektronvolt, og et sekundært bånd ovenfor af sammenlignelig energi, "forklarede Venkatesan.

Ud over, forskergruppen opdagede en ny familie af plasmoner, der forekommer ved flere frekvenser. Denne nye familie af plasmoner observeres, selv når strontiumniobat ikke er et konventionelt metal.

Asst Prof Rusydi sagde, "Denne nye opdagelse åbner nye forskningsretninger og veje til plasmonisk forskning, og gør det muligt for os at se på tidligere uudnyttede isolerende og stærkt korrelerede materialer. Vi undersøger også i øjeblikket de mulige anvendelser af denne nye type plasmoner. "

Dette projekt blev oprindeligt initieret af Dr Zhao Yongliang som en del af hans ph.d. -afhandling, og Dr. Wan Dongyang fulgte op på det som en del af hans doktorafhandling. Begge udførte projektet under tilsyn af prof Venkatesan. De nye fund blev rapporteret i prestigefyldt videnskabeligt tidsskrift Naturkommunikation den 12. maj 2017.

'Vandkløvere' for at reducere CO2 -fodaftryk

I den anden undersøgelse, NUS -forskere undersøgte, hvordan strontiumniobat katalyserer vand. Holdet, under opsyn af Prof Venkatesan, fandt ud af, at når strontiumniobat er i kontakt med vand under solbestråling, halvledermaterialet kunne spilde vand i dets bestanddele af ilt og brint. Dette studie, som også blev udført i samarbejde med forskere fra Nanyang Technological University, blev først offentliggjort online i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation den 19. april 2017.

Prof Venkatesan forklarede, "Mens dette materiale omdanner vand til brint under solbestråling, mekanismen bag denne proces blev tidligere misfortolket som værende på grund af elektronernes høje hastighed eller mobilitet i materialet. Vores gruppe viste klart, at det ikke var tilfældet. Den målte elektronmobilitet var signifikant lav, men effekten blev forstærket af resonansabsorberingen af ​​solfotonerne af de iboende plasmoner, der findes i dette materiale. "

Resultaterne tyder stærkt på en ny tilgang til design af katalysatorer til forskellige anvendelser, og arbejdet kan føre til nye teknikker til at høste brint - et bæredygtigt brændstof - fra vand, bidrager derfor til at reducere CO2 -fodaftryk.

"På NUSNNI, vi har en gruppe, der har fundet en familie af materialer, bortset fra strontiumniobat, der fungerer lige så godt som plasmoniske vandkløvere. Bevæger sig fremad, vi arbejder på at finde den rigtige kombination af fotokatalytisk proces til fremstilling af nyttige kemikalier, "tilføjede prof Venkatesan.