Los químicos han encontrado un método nuevo y más eficiente para realizar reacciones impulsadas por la luz, abriendo otra vía posible para aprovechar la luz solar para obtener energía. El diario ciencia está publicando el nuevo método, que se basa en el plasmón, un movimiento especial de electrones involucrados en las propiedades ópticas de los metales.
"Hemos descubierto una forma nueva e inesperada de usar metal plasmónico que tiene potencial para su uso en la conversión de energía solar", dice Tim Lian, profesor de química física en la Universidad de Emory y autor principal de la investigación. "demostró que podemos recolectar los electrones de alta energía excitados por la luz en el plasmón y luego usar esta energía para hacer química ".
Plasmon es un movimiento colectivo de electrones libres en un metal que absorbe y dispersa fuertemente la luz. Uno de los ejemplos más vívidos de plasma de superficie se puede ver en las intrincadas vidrieras de algunas catedrales medievales, un efecto logrado a través de nano- oropartículas que absorben y dispersan la luz visible. El plasma es altamente sintonizable: variar el tamaño y la forma de las nanopartículas de oro en el vidrio controla el color de la luz emitida.
La ciencia moderna está explorando y refinando el uso de estos efectos plasmónicos para una variedad de aplicaciones potenciales, desde electrónica hasta medicina y energía renovable.
El laboratorio de Lian, que se especializa en explorar la transferencia de carga impulsada por la luz para la conversión de energía solar, experimentó con formas de usar el plasmón para hacer que ese proceso sea más eficiente y sostenible.
El oro a menudo se usa como catalizador, una sustancia para impulsar reacciones químicas, pero no como un fotocatalizador: un material para absorber la luz y luego hacer química con la energía proporcionada por la luz.
Durante la fotocatálisis, un metal absorbe la luz con fuerza, excitando rápidamente una gran cantidad de electrones. "Imagina que los electrones se mueven hacia arriba y hacia abajo en el metal", dice Lian. "Una vez que los excitas a este nivel, se desploman. Toda la energíase libera como calor realmente rápido, en picosegundos "
Los investigadores querían encontrar una manera de capturar la energía en los electrones excitados antes de que se liberara como calor y luego usar electrones calientes para alimentar las reacciones.
A través de la experimentación, descubrieron que el acoplamiento de nano-barras de seleniuro de cadmio, un semiconductor, a una punta de nanopartículas de oro plasmónico permitió que los electrones excitados en el oro escaparan al material semiconductor.
"Si usa un material con un cierto nivel de energía que puede unirse fuertemente al plasmón, entonces los electrones excitados pueden escapar al material y permanecer en el alto nivel de energía", dice Lian. "Mostramos que puede cosechar electrones antesse estrellan y se relajan, y combinan la propiedad catalítica del plasmón con su capacidad de absorción de luz ".
En lugar de usar calor para hacer química, este nuevo proceso usa metales y luz para hacer fotoquímica, abriendo un nuevo método de exploración potencialmente más eficiente.
"Ahora estamos analizando si podemos encontrar otros aceptores de electrones que funcionen en este mismo proceso, como una molécula o un catalizador molecular en lugar de seleniuro de cadmio", dice Lian. "Eso haría de este proceso un esquema general con muchosdiferentes aplicaciones potenciales "
Los investigadores también quieren explorar si el método puede impulsar la oxidación del agua impulsada por la luz de manera más eficiente. El uso de la luz solar para dividir el agua para generar hidrógeno es un objetivo principal en la búsqueda de energía solar asequible y sostenible.
"Usar luz solar ilimitada para mover electrones y aprovechar la potencia catalítica es un desafío difícil, pero tenemos que encontrar formas de hacerlo", dice Lian. "No tenemos otra opción. La energía solar es la única fuente de energía que puede sostener elcreciente población humana sin impacto ambiental catastrófico "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Ciencias de la salud de Emory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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