تولید برگ مصنوعی برای جذب بیشتر نور خورشید

خبرگزاری مهر: محققان با ترکیب نانوذرات، مواد نیمه‌هادی و لایه‌ انعکاس‌دهنده موفق به تولید برگ مصنوعی شدند که قادر است ۹۴د رصد از نور را جذب کند.

فتوکاتالیست‌ها با استفاده از نور خورشید می‌توانند انرژی تولید کنند؛ از این رو جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی هستند. در طول چند سال گذشته، حساس‌سازی با نانوذرات فلزی موجب شده تا باندگپ مواد نیمه‌هادی افزایش یافته و با این کار مواد فتوکاتالیستی مناسبی ایجاد شود.

بیشتر فتوکاتالیست‌های موجود مبتنی بر «ایریدیم» و «روتنیوم» هستند که با کمپلکس‌های آلی فلزی که تنها بخشی از طول موج نور را جذب می‌کنند ترکیب شده‌اند؛ بنابراین کارایی کمی دارند.

دانیل گومز از آزمایشگاه پلاریتونیکس دانشگاه RMIT معتقد است که هر چند نور جذب شده یکی از عوامل مهم در فعالیت فتوکاتالیست‌هاست، اما بیشتر فتوکاتالیست‌های رایج جذب نور کمی دارند؛ بنابراین باید تابش با شدت بالا انجام شود.

پژوهشگران در این فتوکاتالیست از نانوذرات طلا و اکسید تیتانیوم به‌عنوان لایه‌ ایجادکننده‌ فضا و از یک فیلم طلا به‌عنوان لایه‌ انعکاس‌دهنده استفاده کردند. سطح تماس نانوذرات طلا با اکسیدتیتانیوم به‌عنوان منطقه‌ نقص شوتکی عمل می‌کند که در آن الکترون‌های داغ قادر به نشر نور هستند. در این ساختار الکترون‌ها در اکسید تیتانیوم و حفره‌ها در طلا قرار دارند.

این ماده می‌تواند به‌عنوان برگ مصنوعی عمل کند؛ به‌طوری که اگر درون مخزنی حاوی مواد شیمیایی قرار گیرد، درصورت تابش نور خورشید می‌تواند موجب فرآیندی شده و محصول شیمیایی پدید آورد.

در این برگ مصنوعی که مشتکل از نانوذرات، مواد نیمه‌هادی و لایه‌ انعکاس‌دهنده است، جذب تقریباً ۹۴ درصدی فوتون‌ها انجام می‌شود. با این مقدار جذب، کارایی نسبت به فناوری رایجی که در آن تنها نانوذرات و نیمه‌هادی وجود دارد، ۲۹ برابر افزایش یافته است.

مقاله‌ای با عنوان «Hot-Carrier Organic Synthesis via the Near-Perfect Absorption of Light» در نشریه‌ ACS Catalysis به‌ چاپ رسیده‌ است که در آن گومز و همکارانش روش ساخت شبه مواد پلاسمونیک جدیدی را تشریح کردند که می‌تواند تقریباً ۱۰۰ درصد نور برخوردی را جذب کند.