Se vuoi ottenere il massimo dal sole, devi migliorare le prestazioni dei materiali utilizzati.

Un team interdisciplinare di ricercatori dell'ingegneria dell'Illinois ha puntato a migliorare i materiali che rendono possibile la conversione/fotocatalisi dell'energia solare. Insieme, hanno sviluppato una nuova forma di fotocatalizzatore solare ad alte prestazioni basato sulla combinazione di TiO2 (biossido di titanio) e altri ossidi "metallici" che migliorano notevolmente l'assorbimento della luce visibile e promuovono un utilizzo più efficiente dello spettro solare per applicazioni energetiche.

"Questo è un modo fondamentalmente nuovo di affrontare queste questioni, " ha spiegato Lane Martin, che è un assistente professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Illinois. "Il nostro gruppo di ricerca incorpora aspetti della fisica della materia condensata, ingegneria dei dispositivi a semiconduttore, e fotochimica per rendere possibili nuove prestazioni. Da questi materiali possiamo immaginare la produzione di energia a emissioni zero di combustibili puliti, depurazione e bonifica delle acque reflue, e altro ancora.

"Come seguito al nostro lavoro precedente, abbiamo ampliato la nostra scoperta di nuovi materiali energetici fortemente assorbenti, Martin ha aggiunto. "Il concetto generale è che abbiamo sviluppato una nuova forma di fotocatalizzatore solare ad alte prestazioni basato sulla combinazione del TiO2 e degli ossidi "metallici". su correlati ossidi 'metallici', " appare nel diario, Materiale avanzato (Volume 25, numero 43, pagine 6201–6206). I ricercatori hanno anche una domanda di brevetto in attesa per questo lavoro.

Secondo Martin, il documento di ricerca affronta il fattore limitante più urgente di questi materiali per le applicazioni:il loro scarso assorbimento della luce.

"Questo documento copre diverse nuove varianti in cui integriamo ossidi "metallici" correlati chimicamente con il modello di tipo n, semiconduttore di ossido di banda larga TiO2 per produrre eterogiunzioni fotocatalitiche ad alte prestazioni. Queste strutture composite funzionano secondo il principio dell'iniezione del vettore caldo dall'ossido "metallico" nel TiO2. "

Questi effetti sono resi possibili sfruttando la vasta gamma di fisica elettronica correlata dei comuni materiali di ossido metallico tra cui LaNiO3 di tipo n (nichelato di lantanio), SrRuO3 (rutenato di stronzio), e SrVO3 (vanadato di stronzio) e La0.5Sr0.5CoO3 di tipo p (cobaltite di stronzio di lantanio) e La0.7Sr0.3MnO3 (manganite di stronzio di lantanio). Questi materiali sono stati ampiamente esplorati (individualmente) per il loro nuovo trasporto elettronico, proprietà magnetiche, e altri fenomeni fisici esotici e sono ampiamente utilizzati come elettrodi di fondo epitassiali in eterostrutture ferroiche.

Martin ha notato che uno dei nuovi materiali studiati (dispositivi basati su La 0.5Sr0.5CoO3) ha dimostrato attività fotocatalitiche che sono 27-, 6.2-, e 3 volte più grande di quella di un film di TiO2 a strato singolo, campioni di nanopolvere Degussa P25, e il rapporto preventivo di dispositivi basati su SrRuO3, rispettivamente.