Los científicos de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur A * STAR han creado una 'guía de prospector' para ayudar a los investigadores a localizar los mejores nanocables de germanio y silicio para catalizar reacciones importantes de energía limpia.
El uso de la luz solar para dividir el agua en sus elementos constituyentes, o para convertir el dióxido de carbono en monóxido de carbono o hidrocarburos, se encuentra entre los métodos más viables para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Para aprovechar su potencial, ambas reacciones de energía limpia requieren catalizadores.
El silicio es ventajoso porque sus propiedades están bien estudiadas y es un material abundante, pero el 'intervalo de banda' entre sus bandas de conducción y valencia es demasiado estrecho para catalizar efectivamente estas reacciones. Esta deficiencia puede superarse de dos maneras: mediante 'nanosizing 'silicio o experimentando con diferentes aleaciones de silicio.
Ahora, Teck Leong Tan y Man-Fai Ng del Instituto de Computación de Alto Rendimiento A * STAR han utilizado simulaciones por computadora para explorar el efecto de variar el diámetro de nanocables de germanio-silicio y también la relación de silicio a germanio en el catalizadorpropiedades de la aleación.
Tan explica el objetivo del estudio, dice Tan, "pensamos que al variar tanto el diámetro del nanocable como la composición de la aleación, podríamos generar un espacio de diseño más grande para diseñar un material con el espacio de banda óptimo y las estructuras de banda para fotocatalizar la limpieza-reacciones energéticas como la división del agua solar y la reducción del dióxido de carbono ".
El par combinó tres métodos computacionales establecidos para realizar sus cálculos: teoría funcional de la densidad, expansión de conglomerados y simulaciones de Monte Carlo. Si bien esta combinación de técnicas se ha utilizado antes, los investigadores descubrieron una correlación simple que les permitió predecir los espacios de banda con precisión utilizandométodos computacionales más simples. Esto redujo considerablemente el costo computacional, permitiendo que se criben más nanoestructuras de aleación de lo habitual.
Los resultados indican que los nanocables de germanio y silicio con diámetros de tres nanómetros o menos son fotocatalizadores adecuados tanto para la división del agua como para la reducción de dióxido de carbono. Sus cálculos también predicen que los nanocables con estructuras asimétricas de núcleo-cubierta ver imagen serán más efectivos queaquellos con simétricos convencionales. Finalmente, los nanocables con diámetros entre 2 y 3 nanómetros deben tener espacios de banda que coincidan bien con el espectro de la luz solar, haciéndolos efectivos recolectores de luz.
Según Tan, esto demuestra que "la combinación de las tres técnicas proporciona una metodología poderosa para el cribado de alto rendimiento de nanoestructuras de aleación con propiedades deseables. Se puede adaptar a otras aplicaciones para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales"
Los dos científicos están ansiosos por colaborar con los experimentadores para confirmar las predicciones generadas por sus cálculos. También tienen la intención de aplicar la técnica a otras aleaciones de nanocables semiconductores prometedoras.
Los investigadores afiliados a A * STAR que contribuyen a esta investigación son del Instituto de Computación de Alto Rendimiento.
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Materiales proporcionado por Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A * STAR . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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