Zonne-energie oogsten kan efficiënter worden dankzij vochtige gouden ballen

Stekelige gouden bollen op nanoschaal, vergelijkbaar in vorm met een kogelvis - en aangedreven door niets meer dan zonlicht - hebben met succes water gespleten in de zuurstof en waterstof die nodig zijn voor brandstofcellen. Indien schaalbaar zou de nieuwe technologie kunnen leiden tot oogstmethoden voor zonne-energie die gemakkelijker kunnen worden opgeslagen voor later gebruik, waardoor deze kan voldoen aan de fluctuaties in de energievraag die tot dusverre zijn geplaagd door technologieën voor hernieuwbare energie zoals zon en wind.

De kleine gouden ballen zijn bedekt met een ultradunne laag titaniumoxide die als een katalysator op de watermoleculen werkt. Ten eerste worden infrarood en zichtbaar zonlicht omgezet in elektronen door het goud en vervolgens worden die hooggeconcentreerde elektronen in de titaniumlaag afgeleverd om water in waterstofgas en zuurstof te splitsen. Voorafgaand aan deze methode kon het proces alleen worden uitgevoerd met ultraviolet licht dat inwerkt op volumineuzere, inefficiënte titaan- en goudkatalysatoren.

"Om dit UV-licht te genereren, om vervolgens aan de katalysator bloot te stellen, is het kostbaar", vertelt Laura Fabris, een ingenieur in de materiaalwetenschap aan de Rutgers University in New Brunswick. omgekeerde. "Aan de andere kant, als je het met zonlicht wilt belichten, is het gewoon inefficiënt - het is slechts 5 procent van het zonlicht."

Het onderzoek van Fabris, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Chem, lost dit probleem op door specifiek de vorm, of morfologie, van de met titanium gecoate gouden nanodeeltjes te ontwerpen om een ​​breder bereik van golflengten binnen zonlicht op te nemen.

"Als je expandeert naar infrarood of zelfs naar delen van het zichtbare spectrum door de morfologie aan te passen, dan heb je een veel efficiënter en goedkoper proces dat minder impact heeft op het milieu", zegt ze.

De deeltjes moesten om twee redenen stekelig zijn. Ten eerste omdat de spikes als goede antennes dienden voor nabij-infrarode straling, wat een breed deel van het zonnespectrum is. De andere reden, legde ze uit, was dat onderzoekers door de spikes een hoog volume aan elektronen naar hun puntige uiteinden konden richten, waardoor het voor de elektronen gemakkelijker werd om in het titanium te migreren.

Fabris zegt dat zij en haar team ze al op een groot batchniveau hebben getest. Stel je voor dat zoiets als een vat van deze gouden nanobolletjes constant in water worden geroerd, zodat elk deel van hun oppervlak frequent contact heeft met watermoleculen en de zonnestralen.

Maar ze testen ook meer vormen hiervoor uit, in de hoop er nog een te vinden die nog meer van het zonnestralingsspectrum absorberen.

"We hebben een andere vorm van een deeltje," volgens Fabris, "dat heeft alleen zes of zeven tips, en we kunnen de lengte van deze tips afstellen van 70 tot 100 nanometer, wat geweldig is."

"Je zou in principe materiaal kunnen maken dat alle zonlicht absorbeert."

Een materiaal dat absorbeert allemaal zonlicht zou veel, veel efficiënter zijn dan degene die we nu hebben, die slechts de 5 procent kunnen absorberen die het UV-gedeelte van het spectrum omvat - of eigenlijk, deze nieuwe gouden nanosferen die wat licht van de 55 procent van het spectrum kunnen absorberen zonlicht dat het infraroodspectrum omvat en de resterende 43 procent dat zichtbaar licht is. De paper van het team vandaag in Chem rapporteert dat er een 7-voudige toename was in de productie van hyrdogen via de oudere, alleen-UV-katalysator. Kortom, deze kleine gouden ballen kunnen echt dingen laten rollen (doen afkoelen) naar een veiligere energietoekomst. (Vergeef me.)

Dus: Overweeg alstublieft uw goud te schenken aan Laura Fabris. Dank je.