Sta emergendo un nuovo metodo di raccolta dell'energia solare, grazie agli scienziati dei dipartimenti di chimica della UC Santa Barbara, Ingegneria Chimica, e Materiali. Sebbene ancora nella sua infanzia, la ricerca promette di convertire la luce solare in energia utilizzando un processo basato su metalli che sono più robusti di molti dei semiconduttori utilizzati nei metodi convenzionali. I risultati dei ricercatori sono pubblicati nell'ultimo numero della rivista Nanotecnologia della natura .

"È la prima alternativa radicalmente nuova e potenzialmente praticabile ai dispositivi di conversione solare basati su semiconduttori sviluppata negli ultimi 70 anni circa, " disse Martin Moskovits, professore di chimica alla UCSB.

Nei fotoprocessi convenzionali, una tecnologia sviluppata e utilizzata nell'ultimo secolo, la luce del sole colpisce la superficie del materiale semiconduttore, un lato del quale è ricco di elettroni, mentre l'altro lato no. Il fotone, o particella leggera, eccita gli elettroni, costringendoli a lasciare le loro posizioni, e creare "buchi" carichi positivamente. Il risultato è una corrente di particelle cariche che possono essere catturate e consegnate per vari usi, comprese le lampadine di alimentazione, caricare le batterie, o facilitare reazioni chimiche.

"Per esempio, gli elettroni potrebbero causare la conversione degli ioni idrogeno nell'acqua in idrogeno, un carburante, mentre i buchi producono ossigeno, ", ha detto Moskovits.

Nella tecnologia sviluppata da Moskovits e dal suo team, non sono i materiali semiconduttori a fornire gli elettroni e il luogo per la conversione dell'energia solare, ma metalli nanostrutturati, una "foresta" di nanotubi d'oro, essere specifici.

Per questo esperimento, nanobarre d'oro sono state ricoperte con uno strato di biossido di titanio cristallino decorato con nanoparticelle di platino, e mettere in acqua. Un catalizzatore di ossidazione a base di cobalto è stato depositato sulla porzione inferiore della matrice.

"Quando le nanostrutture, come nanotubi, di alcuni metalli sono esposti alla luce visibile, gli elettroni di conduzione del metallo possono essere fatti oscillare collettivamente, assorbendo gran parte della luce, " disse Moskovits. "Questa eccitazione è chiamata plasmone di superficie."

Poiché gli elettroni "caldi" in queste onde plasmoniche sono eccitati da particelle di luce, alcuni risalgono il nanorod, attraverso uno strato filtrante di biossido di titanio cristallino, e vengono catturati da particelle di platino. Questo provoca la reazione che separa gli ioni idrogeno dal legame che forma l'acqua. Nel frattempo, i fori lasciati dagli elettroni eccitati si dirigono verso il catalizzatore a base di cobalto sulla parte inferiore dell'asta per formare ossigeno.

Secondo lo studio, la produzione di idrogeno era chiaramente osservabile dopo circa due ore. Inoltre, le nanobarre non sono state soggette alla fotocorrosione che spesso causa il cedimento del materiale semiconduttore tradizionale in pochi minuti.

"Il dispositivo ha funzionato senza alcun segno di guasto per molte settimane, " ha detto Moskovits.

Il metodo plasmonico di scissione dell'acqua è attualmente meno efficiente e più costoso dei fotoprocessi convenzionali, ma se l'ultimo secolo di tecnologia fotovoltaica ha mostrato qualcosa, è che la ricerca continua migliorerà il costo e l'efficienza di questo nuovo metodo, e probabilmente in molto meno tempo di quello necessario per la tecnologia basata sui semiconduttori, disse Moskovits.

"Nonostante la recente scoperta, abbiamo già raggiunto efficienze 'rispettabili'. Ma ancora più importante, possiamo immaginare strategie realizzabili per migliorare radicalmente le efficienze, " Egli ha detto.

La ricerca in questo studio è stata eseguita anche dai ricercatori post-dottorato Syed Mubeen e Joun Lee; la studentessa Nirala Singh; ingegnere dei materiali Stephan Kraemer; e il professore di chimica Galen Stucky.