La luce solare è una fonte inesauribile di energia e l’utilizzo della luce solare per generare elettricità è uno dei pilastri dell’energia rinnovabile. Più del 40% della luce solare che cade sulla Terra rientra negli spettri infrarosso, visibile e ultravioletto; tuttavia, l’attuale tecnologia solare utilizza principalmente raggi visibili e ultravioletti. La tecnologia per sfruttare l'intero spettro della radiazione solare, denominata utilizzo all-solar, è ancora agli inizi.
Un team di ricercatori dell'Università di Hokkaido, guidato dal professore associato Melbert Jeem e dal professor Seiichi Watanabe della Facoltà di Ingegneria, ha sintetizzato materiali a base di acido tungstico drogati con rame che hanno mostrato un utilizzo completamente solare. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Advanced Materials .
"Attualmente, lo spettro del vicino e medio infrarosso della radiazione solare, che va da 800 nm a 2500 nm, non viene utilizzato per la produzione di energia", spiega Jeem. "L'acido tungstico è un candidato per lo sviluppo di nanomateriali che possano potenzialmente utilizzare questo spettro, poiché possiede una struttura cristallina con difetti che assorbono queste lunghezze d'onda."
Il team ha utilizzato una tecnica di fotofabbricazione sviluppata in precedenza, la fotosintesi sommersa dei cristalliti, per sintetizzare nanocristalli di acido tungstico drogati con concentrazioni variabili di rame. Sono state analizzate le strutture e le proprietà di assorbimento della luce di questi nanocristalli; sono state misurate le loro caratteristiche fototermiche, di evaporazione dell'acqua fotoassistita e fotoelettrochimiche.
I nanocristalli di ossido di tungsteno drogato con rame assorbono la luce attraverso lo spettro, dall'ultravioletto alla luce visibile fino all'infrarosso; la quantità di luce infrarossa assorbita era maggiore con un drogaggio con rame dell'1%. I nanocristalli drogati con rame all'1% e al 5% hanno mostrato il massimo aumento della temperatura (caratteristica fototermica); Anche i cristalli drogati con rame all'1% hanno mostrato la massima efficacia di evaporazione dell'acqua, con circa 1,0 kg per m 2 all'ora. L'analisi strutturale dei nanocristalli drogati con rame all'1% ha indicato che gli ioni rame potrebbero distorcere la struttura cristallina dell'ossido di tungsteno, portando alle caratteristiche osservate quando la luce viene assorbita.
"Le nostre scoperte segnano un progresso significativo nella progettazione di nanocristalliti in grado sia di sintetizzare che di sfruttare l'energia solare", conclude Watanabe. "Abbiamo dimostrato che il drogaggio del rame conferisce ai nanocristalli di acido tungstico una varietà di caratteristiche attraverso l'utilizzo completamente solare. Ciò fornisce un quadro per ulteriori ricerche sul campo e per lo sviluppo di applicazioni."
Ulteriori informazioni: Melbert Jeem et al, Fasi opto-critiche guidate dai difetti ottimizzate per l'utilizzo completamente solare, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202305494
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università di Hokkaido
