Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Kjemikere finner ny måte å gjøre lysdrevne reaksjoner i solenergi søken

Anonim

Kjemikere har funnet en ny, mer effektiv metode for å utføre lysdrevne reaksjoner, og åpner en annen mulig vei for å utnytte sollys for energi. Tidsskriftet Science publiserer den nye metoden, som er basert på plasmon - en spesiell bevegelse av elektroner som er involvert i metallens optiske egenskaper.

annonse


"Vi har oppdaget en ny og uventet måte å bruke plasmonisk metall som har potensial til bruk i solenergi konvertering, " sier Tim Lian, professor i fysisk kjemi ved Emory University og hovedforfatteren av forskningen. "Vi har vist at vi kan høste de høye energi-elektronene som er oppslukt av lys i plasmon og deretter bruke denne energien til å gjøre kjemi."

Plasmon er en kollektiv bevegelse av frie elektroner i et metall som sterkt absorberer og sprer lys. Et av de mest levende eksemplene på overflateplasmon kan ses i de intrikate glassmaleriene i noen middelalderlige katedraler, en effekt oppnådd gjennom gullnanopartikler som absorberer og sprer synlig lys. Plasmon er svært tunable: Variasjon av størrelsen og formen på gullnanopartiklene i glasset styrer fargen på lyset som sendes ut.

Moderne vitenskap er å utforske og forfinne bruken av disse plasmoniske effektene for en rekke mulige anvendelser, fra elektronikk til medisin og fornybar energi.

Lians laboratorium, som spesialiserer seg på å utforske lysdrevet ladningsoverføring for solenergi-konvertering, eksperimenterte med måter å bruke plasmon på for å gjøre prosessen mer effektiv og bærekraftig.

Gull brukes ofte som katalysator, et stoff for å drive kjemiske reaksjoner, men ikke som fotokatalysator: et materiale for å absorbere lys og deretter gjøre kjemi med den energi som lyset gir.

Under fotokatalyse absorberer et metall sterkt lys, raskt spennende mange elektroner. "Tenk deg at elektroner slosser opp og ned i metallet, " sier Lian. "Når du opphisser dem på dette nivået, krasjer de helt ned. All energien blir utgitt som varme veldig fort - i pikosekunder."

Forskerne ønsket å finne en måte å fange opp energien i de spennende elektronene før den ble utgitt som varme og deretter bruke varme elektroner til drivstoffreaksjoner.

Gjennom eksperimentering fant de at koblingsnano-stenger av cadmium selenid, en halvleder, til en plasmonisk gull nanopartikkel-tipp, tillot at de begeistrede elektronene i gullet flykte inn i halvledermaterialet.

"Hvis du bruker et materiale med et bestemt energinivå som sterkt kan binde til plasmon, så kan de spennende elektronene flykte inn i materialet og holde seg på høy energinivå, sier Lian. "Vi viste at du kan høste elektroner før de kolliderer ned og slapper av, og kombinerer den katalytiske egenskapen til plasmon med sin lysabsorberende evne."

I stedet for å bruke varme for å gjøre kjemi, bruker denne nye prosessen metaller og lys til fotokjemi, åpner en ny, potensielt mer effektiv metode for leting.

"Vi ser nå på om vi kan finne andre elektronacceptorer som ville fungere i samme prosess, som for eksempel molekyl eller molekylær katalysator i stedet for cadmium selenid, " sier Lian. "Det ville gjøre denne prosessen en generell ordning med mange forskjellige potensielle applikasjoner."

Forskerne vil også undersøke om metoden kan drive lysdrevet vannoksidasjon mer effektivt. Å bruke sollys til å dele vann for å generere hydrogen er et viktig mål i jakten på rimelig og bærekraftig solenergi.

"Bruk av ubegrenset sollys til å flytte elektroner rundt og trykk på katalytisk kraft er en vanskelig utfordring, men vi må finne måter å gjøre dette på, " sier Lian. "Vi har ikke noe valg. Solkraft er den eneste energikilden som kan opprettholde den voksende menneskelige befolkningen uten katastrofale miljøpåvirkninger."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Emory Health Sciences . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. K. Wu, J. Chen, JR McBride, T. Lian. Effektiv varme-elektron overføring av en plasmon-indusert grensesnitt ladning-overføring overgang . Vitenskap, 2015; 349 (6248): 632 DOI: 10.1126 / science.aac5443