Forskere afslører hemmeligheden bag nanomateriale, der gør høstning af sollys lettere

Brug af sollys til at drive kemiske reaktioner, såsom kunstig fotosyntese, kunne snart blive meget mere effektiv takket være nanomaterialer.

Dette er konklusionen på en undersøgelse offentliggjort i dag ledet af forskere ved Institut for Fysik ved Imperial College London, som i sidste ende kan hjælpe med at forbedre solenergiteknologier og blive brugt til nye applikationer, såsom at bruge sollys til at nedbryde skadelige kemikalier.

Sollys bruges til at drive mange kemiske processer, som ellers ikke ville forekomme. For eksempel, kuldioxid og vand reagerer normalt ikke, men i processen med fotosyntese, planter tager disse to kemikalier og, ved hjælp af sollys, producere ilt og sukker.

Effektiviteten af ​​denne reaktion er meget høj, hvilket betyder, at meget af energien fra sollys overføres til den kemiske reaktion, men indtil videre har videnskabsmænd ikke været i stand til at efterligne denne proces i menneskeskabte kunstige enheder.

En grund er, at mange molekyler, der kan gennemgå kemiske reaktioner med lys, ikke effektivt absorberer lyset selv. De er afhængige af fotokatalysatorer - materialer, der absorberer lys effektivt og derefter sender energien videre til molekylerne for at drive reaktioner.

I den nye undersøgelse, forskere har undersøgt et kunstigt fotokatalysatormateriale ved hjælp af nanopartikler og fundet ud af, hvordan man kan gøre det mere effektivt.

Dette kan føre til bedre solpaneler, da energien fra Solen kunne høstes mere effektivt. Fotokatalysatoren kan også bruges til at ødelægge flydende eller gasforurenende stoffer, såsom pesticider i vand, ved at udnytte sollys til at drive reaktioner, der nedbryder kemikalierne til mindre skadelige former.

Hovedforfatter Dr. Emiliano Cortés fra Institut for Fysik på Imperial, sagde:"Dette fund åbner nye muligheder for at øge effektiviteten af ​​at bruge og opbevare sollys i forskellige teknologier.

"Ved at bruge disse materialer kan vi revolutionere vores nuværende muligheder for lagring og brug af sollys med vigtige implikationer i energiomdannelse, såvel som nye anvendelser såsom ødelæggelse af forurenende molekyler eller gasser og vandrensning, blandt andre."

Materialet, som holdet undersøgte, er lavet af metalnanopartikler - partikler, der kun er en milliardtedel af en meter i diameter. Deres resultater er offentliggjort i dag i Journal Naturkommunikation .

Holdet, som omfattede forskere fra kemiafdelingen ved University of Duisburg-Essen i Tyskland ledet af professor Sebastian Schlücker og teoretikere fra Rensselaer Polytechnic Institute og Harvard University i USA, viste, at lysinducerede kemiske reaktioner forekommer i visse områder over overfladen af ​​disse nanomaterialer.

De identificerede hvilke områder af nanomaterialet, der ville være mest egnede til at overføre energi til kemiske reaktioner, ved at spore placeringen af ​​meget små guld nanopartikler (brugt som markører) på overfladen af ​​det sølv nanokatalytiske materiale.

Nu hvor de ved, hvilke regioner der er ansvarlige for processen med at høste lys og overføre det til kemiske reaktioner, holdet håber at være i stand til at konstruere nanomaterialet for at øge disse områder og gøre det mere effektivt.

Ledende forsker professor Stefan Maier sagde:"Dette er en kraftfuld demonstration af, hvordan metalliske nanostrukturer, som vi har undersøgt i min gruppe på Imperial i de sidste 10 år, fortsætte med at overraske os i deres evner til at kontrollere lys på nanoskalaen.

"Det nye fund afdækket af Dr. Cortés og hans samarbejdspartnere i Tyskland og USA åbner nye muligheder for dette felt inden for områderne fotokatalyse og nanokemi."