Kobberinfunderede nanokrystaller øger omdannelsen af ​​infrarødt lys

Sollys er en uudtømmelig energikilde, og udnyttelse af sollys til at generere elektricitet er en af ​​hjørnestenene i vedvarende energi. Mere end 40 % af det sollys, der falder på Jorden, er i de infrarøde, synlige og ultraviolette spektre; dog anvender den nuværende solteknologi primært synlige og ultraviolette stråler. Teknologi til at udnytte hele spektret af solstråling – kaldet all-solar udnyttelse – er stadig i sin vorden.

Et team af forskere fra Hokkaido University, ledet af adjunkt Melbert Jeem og professor Seiichi Watanabe ved Det Tekniske Fakultet, har syntetiseret wolframsyrebaserede materialer doteret med kobber, der udviste solenergi. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials .

"I øjeblikket bruges de nær- og mellem-infrarøde spektre af solstråling, der spænder fra 800 nm til 2500 nm, ikke til energiproduktion," forklarer Jeem. "Wolframsyre er en kandidat til at udvikle nanomaterialer, der potentielt kan udnytte dette spektrum, da det har en krystalstruktur med defekter, der absorberer disse bølgelængder."

Holdet brugte en fotofremstillingsteknik, de tidligere havde udviklet, nedsænket fotosyntese af krystallitter, til at syntetisere wolframsyre-nanokrystaller dopet med varierende koncentrationer af kobber. Disse nanokrystallers strukturer og lysabsorberende egenskaber blev analyseret; deres fototermiske, fotoassisterede vandfordampning og fotoelektrokemiske egenskaber blev målt.

De kobber-doterede wolframoxid nanokrystaller absorberer lys over hele spektret, fra ultraviolet gennem synligt lys til infrarødt; mængden af ​​absorberet infrarødt lys var størst ved 1 % kobberdoping. 1% og 5% kobber-doterede nanokrystaller udviste den højeste temperaturstigning (fototermisk karakteristik); 1 % kobberdoterede krystaller udviste også den største vandfordampningseffektivitet med ca. 1,0 kg pr. m ² Per time. Strukturel analyse af de 1 % kobber-doterede nanokrystaller indikerede, at kobberionerne kan forvride krystalstrukturen af ​​wolframoxid, hvilket fører til de observerede egenskaber, når lys absorberes.

"Vores opdagelser markerer et betydeligt fremskridt i udviklingen af ​​nanokrystallitter, der er i stand til både at syntetisere og udnytte al-solenergi," konkluderer Watanabe. "Vi har demonstreret, at kobberdoping giver wolframsyre nanokrystal en række karakteristika via solenergiudnyttelse. Dette giver en ramme for yderligere forskning på området såvel som for udvikling af applikationer."

Flere oplysninger: Melbert Jeem et al., Defektdrevne opto-kritiske faser, der er indstillet til al-solar-anvendelse, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202305494

Journaloplysninger: Avanceret materiale

Leveret af Hokkaido University