Un modo per produrre acqua pulita è riscaldare l'acqua sporca finché non si trasforma in vapore. Mentre il vapore sale, lascia indietro i contaminanti più pesanti e può essere raccolto e raffreddato, fornendo acqua pulita. Ci sono molti modi per riscaldare l'acqua, uno dei quali consiste nell'utilizzare materiali che assorbono la luce nell'interfaccia aria/acqua per raccogliere la luce solare e convertire la luce in calore. Questo metodo è molto efficiente dal punto di vista energetico perché tutta l'energia solare assorbita viene utilizzata per riscaldare l'acqua vicino alla superficie, piuttosto che riscaldare l'intero corpo idrico.

Ora in un nuovo studio pubblicato su Nano lettere , un team di ricercatori guidato da Mozhen Wang dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina e Yadong Yin dell'Università della California Riverside ha dimostrato un metodo che migliora significativamente l'efficienza della generazione di vapore solare utilizzando nanostrutture metalliche plasmoniche che assorbono la luce.

Le nanostrutture metalliche plasmoniche sono un nuovo materiale popolare per molte applicazioni fotoniche, comprese le celle solari e l'imaging ottico, poiché interagiscono con la luce in modi unici e possono essere progettati per esibire proprietà desiderabili. Per la generazione di vapore solare, Per esempio, possono essere modificati per avere un elevato assorbimento della luce e basse proprietà di dispersione.

Una limitazione, però, è che le nanostrutture plasmoniche hanno una banda di risonanza stretta e quindi possono assorbire solo una piccola porzione dello spettro solare. Nel nuovo studio, il risultato principale dei ricercatori è stato l'espansione enorme della stretta banda risonante delle nanoparticelle d'argento plasmoniche.

"Abbiamo dimostrato che le nanostrutture metalliche possono essere ingegnerizzate mediante sintesi chimica per diventare molto efficaci nel convertire la luce ad ampio spettro in calore, consentendo un'efficiente generazione di vapore solare, "Yin ha detto Phys.org .

Il miglioramento si basa su un concetto chiamato accoppiamento plasmonico. Quando due nanoparticelle plasmoniche si avvicinano, i loro modi di risonanza si ibridano, che amplia la loro banda di risonanza combinata e consente loro di assorbire la luce di una gamma più ampia di frequenze.

Sebbene questo metodo sia stato già provato, ha portato solo a piccoli miglioramenti nell'allargamento spettrale. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno notevolmente migliorato le prestazioni utilizzando un metodo di crescita con semi confinati per garantire che più nanoparticelle siano abbastanza vicine tra loro per sperimentare gli effetti. Nel metodo di crescita seminato, i semi sono fissati sulla superficie interna dei nanoshell polimerici in una distribuzione casuale in modo che, mentre i semi crescono in nanoparticelle plasmoniche, si avvicinano. Questo metodo garantisce un'elevata densità di nanoparticelle che beneficiano del confinamento dello spazio e mostrano un assorbimento della luce a banda larga.

I ricercatori hanno calcolato che il nuovo metodo potrebbe raggiungere efficienze di generazione di vapore solare fino al 95%, che è una delle più alte efficienze fino ad oggi. Nei test con la luce solare naturale, le nanoparticelle hanno raggiunto un'efficienza del 68%. I ricercatori hanno in programma di migliorare ulteriormente le nanostrutture in futuro.

"Il nostro prossimo passo immediato è sviluppare nanostrutture nere utilizzando metalli non precedenti come rame e alluminio, " Yin ha detto. "L'obiettivo è ridurre i costi di produzione e rendere la generazione di vapore solare efficiente più economicamente fattibile per l'uso su larga scala".

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