Шипастые золотые шарики наноразмера, похожие на рыбу-ежа, при помощи одной лишь солнечной энергии успешно разделяют воду на кислород и водород, необходимый для топливных элементов. В большом масштабе новая технология может создать метод сбора солнечной энергии, которую легче будет хранить для последующего использования, что позволит ей справиться с колебаниями спроса на энергию, которыми до сих пор страдают возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и ветровая.
Крошечные золотые звездочки покрыты ультратонким слоем оксида титана, который действует на молекулы воды как катализатор. Инфракрасный и видимый солнечный свет преобразуются в электроны золотом, а затем эти высококонцентрированные электроны подаются в слой титана для разделения воды на водород и кислород. До этого данный процесс мог быть осуществлен только с ультрафиолетовым светом, действующим на более объемные, неэффективные титановые и золотые катализаторы.
Исследование Лауры Фабрис, инженера материалов из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике, опубликованное в журнале Chem, решает эту проблему, благодаря специально разработанной форме или морфологии наночастиц золота с титановым покрытием для улавливания более широкого диапазона длин волн в солнечном свете.
Таким образом удалось получить гораздо более эффективный и недорогой процесс, который имеет более низкий след в окружающей среде.
Частицы должны быть с острыми шипами по двум причинам. Во-первых, они служат хорошими антеннами для ближнего инфракрасного излучения, которое является широкой частью солнечного спектра. Также шипы позволяют исследователям направлять большой объем электронов к их острым кончикам, что облегчает миграцию электронов в титан.
Команда Фабрис уже проверили в чем-то вроде чана этих наносфер золота, постоянно перемешиваемых в воде, благодаря чему каждая часть их поверхности находилась в частом контакте с молекулами воды и солнечными лучами.
— У нас есть только шесть или семь кончиков, и мы можем настроить длину этих наконечников от 70 до 100 нанометров, что отлично. В принципе вы могли бы создать материал, поглощающий весь солнечный свет, — отметила Фабрис.
Материал, поглощающий весь солнечный свет, был бы намного более эффективным, чем те, которые есть сейчас, которые могут поглощать только 5%.