_ Nanocristalele creează un nou hidrogen înregistrarea activității de producție sub iradierea vizibilă și în infraroșu apropiat

Lumina solară primită de Pământ este un sac mixt de lungimi de undă care variază de la ultraviolet la vizibil la infraroșu. Fiecare lungime de undă poartă energie inerentă care, dacă este valorificată în mod eficient, are un potențial mare de a facilita producția de hidrogen solar și de a reduce dependența de sursele de energie neregenerabile. Cu toate acestea, tehnologiile existente de producere a hidrogenului solar se confruntă cu limitări în absorbția luminii pe acest spectru larg, în special nereușind să exploateze potențialul energiei luminii în infraroșu apropiat (NIR) care ajunge pe Pământ.

Cercetări recente au identificat că atât Au, cât și Nanostructurile Cu7S4 prezintă o caracteristică optică distinctivă cunoscută sub numele de rezonanță plasmonică de suprafață localizată (LSPR).

Poate fi ajustată cu precizie pentru a absorbi lungimile de undă care se întind din spectrul vizibil până la NIR. O echipă de cercetători, condusă de profesorul asociat Tso-Fu Mark Chang și lectorul Chun-Yi Chen de la Institutul de Tehnologie din Tokyo și profesorul Yung-Jung Hsu de la Universitatea Națională Yang Ming Chiao Tung, a profitat de această posibilitate și a dezvoltat un Au@ inovator Nanocristal Cu7S4 yelk@shell capabil să producă hidrogen atunci când este expus atât la lumină vizibilă, cât și la lumină NIR.

Descoperirile lor sunt publicate în Nature Communications.

„Ne-am dat seama că hidrogenul condus de spectru larg. producția câștigă amploare în ultimele zile ca o potențială sursă de energie verde. În același timp, am văzut că nu existau prea multe opțiuni disponibile în prezent pentru fotocatalizatori care ar putea răspunde la iradierea NIR", spun Dr. Hsu și Dr. Chang. „Așadar, am decis să creăm una combinând două nanostructuri promițătoare, adică Au și Cu7S4, cu caracteristici LSPR adaptabile.”

Echipa de cercetare a folosit o reacție de schimb ionic pentru sinteza nanocristalelor Au@Cu7S4. , care au fost ulterior analizate utilizând microscopia electronică cu transmisie de înaltă rezoluție, spectroscopie de absorbție cu raze X și spectroscopie de absorbție tranzitorie pentru a investiga proprietățile structurale și optice.

Aceste investigații au confirmat că Au@Cu7S4 prezintă un gălbenuș@shell. nanostructură dotată cu proprietăți optice dual-plasmonice. În plus, datele de spectroscopie ultrarapidă au arătat că Au@Cu7S4 a menținut stări de separare a sarcinii de lungă durată atunci când este expus atât la lumină vizibilă, cât și la lumină NIR, evidențiind potențialul său de conversie eficientă a energiei solare.

Echipa de cercetare a descoperit că gălbenușul@ Nanostructurile de înveliș inerente nanocristalelor Au@Cu7S4 și-au îmbunătățit în mod semnificativ capacitățile fotocatalitice.

„Spațiul restrâns din învelișul gol a îmbunătățit cinetica difuziei moleculare, sporind astfel interacțiunile dintre speciile reactive. În plus, mobilitatea particulele de gălbenuș au jucat un rol crucial în stabilirea unui mediu de reacție omogen, deoarece au fost capabile să agite soluția de reacție în mod eficient”, explică dr. Chen.

În consecință, acest fotocatalizator inovator a atins un randament cuantic maxim de 9,4 % în domeniul vizibil (500 nm) și a atins un randament cuantic record de 7,3 % în domeniul NIR (2200 nm) pentru producția de hidrogen. În mod distinctiv, spre deosebire de sistemele fotocatalitice convenționale, această abordare nouă elimină nevoia de co-catalizatori pentru a îmbunătăți reacțiile de producție de hidrogen.

În general, studiul introduce o platformă fotocatalitică durabilă pentru generarea de combustibil solar, care se mândrește cu capacități remarcabile de producere a hidrogenului și sensibilitate la un spectru larg de lumină. Prezintă potențialul de a valorifica proprietățile LSPR ale Au și Cu7S4 pentru captarea eficientă a energiei NIR neexploatate anterior.

„Suntem optimiști că descoperirile noastre vor motiva investigații suplimentare privind modificarea proprietăților LSPR ale semiconductorilor auto-dopați, nestoichiometrici, cu scopul de a crea fotocatalizatori care răspund într-un spectru larg pentru o varietate de aplicații alimentate cu energie solară.” concluzionează Dr. Hsu și Dr. Chang.

(Fluierul)