Il nanomateriale altamente conduttivo ha una vasta gamma di applicazioni. Se utilizzato in un purificatore d'aria, fornisce l'autostrada dell'agrafene per un trasporto di elettroni più veloce, consentendo una rimozione più efficiente degli inquinanti. Attestazione:nobeastsofierce | 123rf
Un team della Hong Kong Polytechnic University (PolyU) ha sviluppato una nuova nanostruttura incorporata in una nanofibra semiconduttrice che si traduce in un'eccellente conduttività. Il nanocomposito si rivolge a un inibitore chiave della conduttività, con il potenziale per migliorare una vasta gamma di applicazioni, da batterie e celle solari, ai dispositivi di purificazione dell'aria.
Sebbene i semiconduttori siano ampiamente utilizzati, la loro efficacia è stata limitata dal processo naturale degli elettroni fotogenerati nella ricombinazione con i "buchi", o potenziali punti di riposo degli elettroni. Ciò riduce la corrente in movimento degli elettroni generati dalla luce o da energia esterna e, come conseguenza, riduce l'efficienza del dispositivo. Il dipartimento di ingegneria meccanica del PolyU ha progettato una nanofibra composita che essenzialmente fornisce una superstrada dedicata per il trasporto degli elettroni una volta generati, eliminando il problema della ricombinazione elettrone-lacuna.
L'innovazione è stata premiata con la Medaglia d'Oro con le Congratulazioni della Giuria al 45° Salone Internazionale delle Invenzioni di Ginevra nel 2017.
Il team ha evitato la ricombinazione inserendo una nanostruttura altamente conduttiva composta da nanotubi di carbonio e grafene in un biossido di titanio (TiO 2 ) nanofibra composita. Gli elettroni e le cariche possono essere trasportati in modo efficiente nel nucleo di grafene non appena vengono generati, prima della ricombinazione con i "buchi" nella nanofibra. Guidato da Wallace Leung, il team ha testato l'efficacia del nanocomposito nelle celle solari e nei fotocatalizzatori per la purificazione dell'aria.
Hanno incorporato il nanocomposito nel TiO 2 componente di celle solari sensibilizzate a colorante e a base di perovskite, che sono allo studio come alternative alle celle solari convenzionali a base di silicio. Il nanocomposito ha aumentato i tassi di conversione dell'energia delle celle solari dal 40 al 66 percento.
TiO 2 le nanoparticelle sono il materiale fotocatalizzatore più comunemente usato nei dispositivi di purificazione o disinfezione dell'aria disponibili in commercio. Però, TiO 2 può essere attivato solo dalla luce ultravioletta, che lo rende molto meno efficace all'interno. È anche inefficace nel convertire l'ossido nitrico (NO) in biossido di azoto (NO 2 ), ad un tasso inferiore al 10 per cento.
Quando la nanostruttura di PolyU è stata incorporata in un fotocatalizzatore, ha fornito una superstrada del grafene per consentire agli elettroni di trasportare più rapidamente per generare super-anioni per ossidare gli inquinanti assorbiti, batteri e virus. Il nucleo di grafene ha anche aumentato significativamente la superficie esposta per l'assorbimento della luce e l'intrappolamento di molecole dannose. Ha anche raccolto più energia luminosa su tutte le lunghezze d'onda. La nanofibra semiconduttrice ha convertito circa il 70% di NO in NO 2 , sette volte più del semplice TiO 2 nanoparticelle.
Hanno anche testato quanto bene la loro nanostruttura scompone la formaldeide, un cattivo composto organico volatile che si trova comunemente negli edifici nuovi o ristrutturati e nelle auto nuove. Il fotocatalizzatore di grafene incorporato di PolyU è stato nuovamente in grado di abbattere tre volte più formaldeide rispetto a TiO 2 nanoparticelle senza la nanostruttura aggiunta.
Il nuovo nanocomposito ha una vasta gamma di altre potenziali applicazioni, come la generazione di idrogeno mediante scissione dell'acqua, sensori biologico-chimici con velocità e sensibilità migliorate, e batterie al litio con impedenza inferiore e maggiore spazio di archiviazione.
