Nanostrukturer bliver bedre til at høste sollys til generering af soldamp

En måde at producere rent vand på er at opvarme snavset vand, indtil det bliver til damp. Når dampen stiger, det efterlader de tungere forurenende stoffer og kan opsamles og afkøles, give rent vand. Der er mange måder at opvarme vand på, en af ​​dem er at bruge lysabsorberende materialer ved luft/vand-grænsefladen til at høste sollys og omdanne lyset til varme. Denne metode er meget energieffektiv, fordi al den absorberede solenergi bruges til at opvarme vand nær overfladen, i stedet for at opvarme hele vandmassen.

Nu i en ny undersøgelse offentliggjort i Nano bogstaver , et team af forskere ledet af Mozhen Wang ved University of Science and Technology i Kina og Yadong Yin ved University of California Riverside har demonstreret en metode, der væsentligt forbedrer effektiviteten af ​​soldampgenerering ved hjælp af lysabsorberende plasmoniske metal nanostrukturer.

Plasmoniske metal nanostrukturer er et populært nyt materiale til mange fotonikapplikationer, herunder solceller og optisk billeddannelse, da de interagerer med lys på unikke måder og kan konstrueres til at udvise ønskværdige egenskaber. Til produktion af soldamp, for eksempel, de kan modificeres til at have høj lysabsorption og lave spredningsegenskaber.

En begrænsning, imidlertid, er, at plasmoniske nanostrukturer har et smalt resonansbånd, og de kan derfor kun absorbere en lille del af solspektret. I den nye undersøgelse, forskernes hovedresultat var en kraftig udvidelse af det smalle resonansbånd af de plasmoniske sølvnanopartikler.

"Vi har demonstreret, at metal nanostrukturer kan konstrueres ved kemisk syntese til at blive meget effektive til at omdanne bredspektret lys til varme, muliggør effektiv solar dampgenerering, " fortalte Yin Phys.org .

Forbedringen er baseret på et koncept kaldet plasmonisk kobling. Når to plasmoniske nanopartikler kommer tæt på hinanden, deres resonanstilstande hybridiserer, som udvider deres kombinerede resonansbånd og giver dem mulighed for at absorbere lys med et bredere frekvensområde.

Selvom denne metode er blevet prøvet før, det har kun resulteret i små forbedringer i spektral udvidelse. I den nye undersøgelse, forskerne forbedrede ydeevnen markant ved at bruge en vækstmetode med begrænset frø for at sikre, at flere nanopartikler er tæt nok sammen til at opleve virkningerne. I frøvækstmetoden, frø er fikseret på den indre overflade af polymer nanoskaller i en tilfældig fordeling, således at når frøene vokser til plasmoniske nanopartikler, de vokser tættere sammen. Denne metode sikrer en høj tæthed af nanopartikler, der drager fordel af rumindeslutningen og udviser bredbåndslysabsorption.

Forskerne beregnede, at den nye metode kunne opnå effektivitetsgrader for soldampproduktion helt op til 95 %, hvilket er en af ​​de højeste effektivitetsgevinster til dato. I test med naturligt sollys, nanopartiklerne opnåede en effektivitet på 68%. Forskerne planlægger at forbedre nanostrukturerne yderligere i fremtiden.

"Vores umiddelbare næste skridt er at udvikle sorte nanostrukturer ved hjælp af ikke-tidligere metaller som kobber og aluminium, "Yin sagde. "Målet er at reducere produktionsomkostningerne og gøre effektiv solar damp generation mere økonomisk rentabel til storskala brug."

© 2019 Science X Network