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(noticias nanowerk) La luz solar que recibe la Tierra es una mezcla de longitudes de onda que van desde el ultravioleta hasta el visible y el infrarrojo. Cada longitud de onda conlleva energía inherente que, si se utiliza de forma eficaz, tiene un gran potencial para facilitar la producción de hidrógeno solar y reducir la dependencia de fuentes de energía no renovables. Sin embargo, las tecnologías de producción de hidrógeno solar existentes enfrentan limitaciones a la hora de absorber luz en este amplio espectro y, en particular, no pueden aprovechar el potencial de la energía luminosa NIR que llega a la Tierra.
Investigaciones recientes han demostrado que tanto Au como Cu7S4 Las nanoestructuras exhiben una propiedad óptica especial conocida como resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR). Se puede ajustar con precisión para absorber longitudes de onda desde el espectro visible hasta el NIR. Un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Tso-Fu Mark Chang y el profesor Chun-Yi Chen del Instituto de Tecnología de Tokio y el profesor Yung-Jung Hsu de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung aprovechó esta oportunidad y desarrolló un innovador Au@ Cu7S4 Nanocristal Yolk@Shell capaz de producir hidrógeno cuando se expone tanto a la luz visible como a la NIR.
Sus resultados fueron publicados en comunicación de la naturaleza (“Doble plasmónico Au@Cu7S4 “Nanocristales de yema@cáscara para la producción fotocatalítica de hidrógeno en el rango espectral visible al infrarrojo cercano”).
“Hemos notado que la producción de hidrógeno de amplio espectro como fuente potencial de energía verde ha ganado fuerza en los últimos días. Al mismo tiempo, descubrimos que actualmente no hay muchas opciones de fotocatalizadores que puedan responder a la irradiación NIR», dice el Dr. Hsu y el Dr. Chang. “Así que decidimos crear uno combinando dos nanoestructuras prometedoras, a saber, Au y Cu.7S4con funciones LSPR personalizables”.
El equipo de investigación utilizó una reacción de intercambio iónico para sintetizar Au@Cu7S4 Nanocristales que posteriormente fueron analizados mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, espectroscopia de absorción de rayos X y espectroscopia de absorción transitoria para estudiar las propiedades estructurales y ópticas. Estos estudios confirmaron que Au@Cu7S4 presenta una nanoestructura Yolk@Shell que tiene propiedades ópticas plasmónicas duales. Además, los datos de espectroscopía ultrarrápida mostraron que Au@Cu7S4 mantuvo estados de separación de carga de larga duración cuando se expuso a la luz visible y NIR, destacando su potencial para la conversión eficiente de la energía solar.
El equipo de investigación descubrió las nanoestructuras yema@cáscara inherentes al Au@Cu7S4 Los nanocristales mejoraron significativamente sus capacidades fotocatalíticas. “El espacio limitado dentro de la capa hueca mejoró la cinética de difusión molecular y, por lo tanto, fortaleció las interacciones entre especies reactivas. «Además, la movilidad de las partículas de yema de huevo jugó un papel crucial en la creación de un entorno de reacción homogéneo, ya que fueron capaces de mover eficazmente la solución de reacción», explica el Dr. Chen.
En consecuencia, este innovador fotocatalizador logró un rendimiento cuántico máximo del 9,4 % en la región visible (500 nm) y un rendimiento cuántico récord del 7,3 % en la región NIR (2200 nm) para la producción de hidrógeno. A diferencia de los sistemas fotocatalíticos tradicionales, este novedoso enfoque elimina la necesidad de cocatalizadores para mejorar las reacciones de producción de hidrógeno.
En general, el estudio presenta una plataforma fotocatalítica sostenible para la producción de combustible solar que presenta notables capacidades de producción de hidrógeno y sensibilidad a un amplio espectro de luz. Muestra el potencial de explotar las propiedades LSPR de Au y Cu7S4 para la captura efectiva de energía NIR no utilizada previamente. «Somos optimistas en cuanto a que nuestros resultados estimularán nuevas investigaciones para optimizar las propiedades LSPR de semiconductores no estequiométricos autodopados, con el objetivo de desarrollar fotocatalizadores que respondan en un amplio espectro para una variedad de aplicaciones de energía solar», concluye el Dr. . Hsu y el Dr. Chang.
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