(Nanowerk Nieuws) Het zonlicht dat door de aarde wordt ontvangen, is een allegaartje van golflengten, variërend van ultraviolet tot zichtbaar tot infrarood. Elke golflengte draagt inherente energie met zich mee die, indien effectief benut, een groot potentieel heeft om de productie van waterstof op zonne-energie te vergemakkelijken en de afhankelijkheid van niet-hernieuwbare energiebronnen te verminderen. Desalniettemin worden de bestaande technologieën voor de productie van waterstof op zonne-energie geconfronteerd met beperkingen bij het absorberen van licht over dit brede spectrum, waarbij ze er vooral niet in slagen het potentieel van NIR-lichtenergie die de aarde bereikt te benutten. Recent onderzoek heeft aangetoond dat zowel Au als Cu7S4 Nanostructuren vertonen een onderscheidend optisch kenmerk dat bekend staat als gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie (LSPR). Het kan nauwkeurig worden aangepast om golflengten te absorberen die het zichtbare tot NIR-spectrum bestrijken. Een team van onderzoekers, onder leiding van universitair hoofddocent Tso-Fu Mark Chang en docent Chun-Yi Chen van het Tokyo Institute of Technology, en professor Yung-Jung Hsu van de Nationale Yang Ming Chiao Tung Universiteit, greep deze mogelijkheid aan en ontwikkelde een innovatieve Au@Cu7S4 yolk@shell nanokristal dat waterstof kan produceren bij blootstelling aan zowel zichtbaar licht als NIR-licht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Communications (“Dual-plasmonische Au@Cu7S4 yolk@shell nanokristallen voor fotokatalytische waterstofproductie in het zichtbare tot nabij-infrarode spectrale gebied”).
Dit breedspectrum-responsieve fotokatalytische systeem kan de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van geavanceerde technologieën voor de opwekking van zonnebrandstof. (Afbeelding: Tokyo Tech) “We realiseerden ons dat de waterstofproductie met een breed spectrum de afgelopen dagen aan kracht wint als potentiële groene energiebron. Tegelijkertijd zagen we dat er momenteel niet veel opties beschikbaar zijn voor fotokatalysatoren die kunnen reageren op NIR-bestraling”, zeggen Dr. Hsu en Dr. Chang. “Dus besloten we er één te creëren door twee veelbelovende nanostructuren te combineren, namelijk Au en Cu7S4, met op maat gemaakte LSPR-functies.” Het onderzoeksteam gebruikte een ionenuitwisselingsreactie voor de synthese van Au@Cu7S4 nanokristallen, die vervolgens werden geanalyseerd met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie, röntgenabsorptiespectroscopie en transiënte absorptiespectroscopie om de structurele en optische eigenschappen te onderzoeken. Deze onderzoeken bevestigden dat Au@Cu7S4 beschikt over een dooier@shell-nanostructuur, begiftigd met dual-plasmonische optische eigenschappen. Bovendien onthulden ultrasnelle spectroscopiegegevens dat Au@Cu7S4 behield een langlevende ladingsscheidingstoestand bij blootstelling aan zowel zichtbaar licht als NIR-licht, wat het potentieel voor efficiënte conversie van zonne-energie benadrukt. Het onderzoeksteam ontdekte dat de yolk@shell-nanostructuren inherent zijn aan de Au@Cu7S4 nanokristallen verbeterden met name hun fotokatalytische capaciteiten. “De beperkte ruimte binnen de holle schaal verbeterde de moleculaire diffusiekinetiek, waardoor de interacties tussen reactieve soorten werden vergroot. Bovendien speelde de mobiliteit van de dooierdeeltjes een cruciale rol bij het creëren van een homogene reactieomgeving, omdat ze in staat waren de reactieoplossing effectief in beweging te brengen”, legt Dr. Chen uit. Bijgevolg bereikte deze innovatieve fotokatalysator een piekkwantumopbrengst van 9.4% in het zichtbare bereik (500 nm) en een recordbrekende kwantumopbrengst van 7.3% in het NIR-bereik (2200 nm) voor waterstofproductie. Opvallend genoeg elimineert deze nieuwe aanpak, in tegenstelling tot conventionele fotokatalytische systemen, de noodzaak van co-katalysatoren om de waterstofproductiereacties te verbeteren. Over het geheel genomen introduceert de studie een duurzaam fotokatalytisch platform voor de opwekking van zonnebrandstof dat beschikt over opmerkelijke waterstofproductiemogelijkheden en gevoeligheid voor een breed spectrum van licht. Het toont het potentieel van het benutten van de LSPR-eigenschappen van Au en Cu7S4 voor de effectieve opvang van voorheen onaangeboorde NIR-energie. “We zijn optimistisch dat onze bevindingen verder onderzoek zullen stimuleren naar het aanpassen van de LSPR-eigenschappen van zelf-gedoteerde, niet-stoichiometrische halfgeleiders, met als doel fotokatalysatoren te creëren die over een breed spectrum reageren voor een verscheidenheid aan toepassingen op zonne-energie”, concluderen Dr. Hsu en Dr. Chang .
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64740.php
