I ricercatori del Boston College hanno testato il loro design Nanonet come piattaforma per applicazioni di energia pulita. Più recentemente, rivestimento del nucleo di disiliciuro di titanio altamente conduttivo (a) con ematite, la forma minerale dell'ossido di ferro, o ruggine, ha notevolmente migliorato le prestazioni del materiale al suo stato fondamentale. L'immagine al microscopio elettronico a trasmissione (b) mostra la complessità strutturale del Nanonet e le immagini aggiuntive (c) dettagliano la spaziatura di Nanonet dell'ematite, così come il modello di diffrazione elettronica dell'ematite (angolo in basso a destra). Credito:Journal of American Chemical Society
Rivestire un reticolo di minuscoli fili chiamati Nanonets con ossido di ferro - noto più comunemente come ruggine - crea una piattaforma economica ed efficiente per il processo di scissione dell'acqua, una scienza emergente del carburante pulito che raccoglie l'idrogeno dall'acqua, I ricercatori del Boston College riferiscono nell'edizione online del Giornale della Società Chimica Americana .
L'assistente professore di chimica Dunwei Wang e il suo laboratorio di energia pulita hanno aperto la strada allo sviluppo di nanonet nel 2008 e da allora hanno dimostrato che sono una nuova piattaforma praticabile per una serie di applicazioni energetiche in virtù dell'aumento della superficie e della migliore conduttività della nanoscala rete in disiliciuro di titanio, un semiconduttore facilmente disponibile.
Wang e il suo team riferiscono che rivestire i Nanonets con ematite, l'abbondante forma minerale di ossido di ferro, ha mostrato che il minerale può assorbire la luce in modo efficiente e senza la spesa aggiuntiva di migliorare il materiale con un catalizzatore in evoluzione dell'ossigeno.
I risultati scaturiscono direttamente dall'introduzione della piattaforma Nanonet, ha detto Wang. Sebbene sia costruito con fili 1/400 della dimensione di un capello umano, I nanonet sono altamente conduttivi e offrono un'area superficiale significativa. Svolgono il doppio ruolo di supporto strutturale e di un efficiente collettore di carica, consentendo la massima conversione da fotone a carica, ha detto Wang.
"Ricerche recenti hanno dimostrato che l'uso di un catalizzatore può aumentare le prestazioni dell'ematite, " ha detto Wang. "Quello che abbiamo mostrato è il potenziale rendimento dell'ematite al suo livello fondamentale, senza catalizzatore. Utilizzando questa struttura Nanonet unica, abbiamo gettato nuova luce sulle capacità prestazionali fondamentali dell'ematite nella scissione dell'acqua."
Da solo, l'ematite ha dei limiti naturali nella sua capacità di trasportare una carica. Un fotone può essere assorbito, ma non ha un posto dove andare. Dandogli struttura e una maggiore conduttività, le capacità di trasporto di carica dell'ematite aumentano, disse Wang. scissione dell'acqua, una reazione chimica che separa l'acqua in ossigeno e idrogeno gassoso, può essere avviato facendo passare una corrente elettrica attraverso l'acqua. Ma quel processo è costoso, quindi sono necessari guadagni in efficienza e conduttività per rendere la scissione dell'acqua su larga scala una fonte economicamente praticabile per l'energia pulita, ha detto Wang.
"Il risultato evidenzia l'importanza del trasporto di carica nei sistemi basati su semiconduttori
scissione dell'acqua, in particolare per materiali le cui prestazioni sono limitate dalla scarsa diffusione della carica, " I ricercatori riferiscono sulla rivista. "Il nostro design introduce componenti materiali per fornire un percorso di trasporto di carica dedicato, allevia la dipendenza dalle proprietà intrinseche dei materiali, e quindi ha il potenziale per ampliare notevolmente dove e come i vari materiali esistenti possono essere utilizzati nelle applicazioni legate all'energia".
