Использование солнечного света для управления химическими реакциями, такими как искусственный фотосинтез, вскоре может стать более эффективным благодаря наноматериалам. Научное обоснование этому опубликовано в журнале Nature Communications.
К этому заключению пришли сотрудники кафедры физики Имперского колледжа Лондона, которые полагают, что их исследование поможет улучшить технологии использования солнечной энергии. Одним из возможных сценариев использования солнечного света ученые называют разрушение вредных химических веществ.
Солнечный свет необходим многим химических процессами, которые по своей сути не смогли бы без него происходить. Например, диоксид углерода и вода обычно никак не взаимодействуют друг с другом, однако растения поглощают эти вещества в процессе фотосинтеза и, благодаря солнечной энергии, выделяют кислород и сахар. Эффективность этой реакции очень высока, но до сих пор ученые не смогли воспроизвести процесс в искусственно созданных приспособлениях. Одной из причин является тот факт, что многие молекулы неэффективно поглощают свет самостоятельно. Эта обязанность возлагается на фотокатализаторы – материалы, которые поглощают свет и передают энергию молекулам для продолжения химической реакции.
В своем исследовании специалисты использовали наночастицы для искусственного фотокаталитического материала. Они выяснили, что в данном случае энергия Солнца накапливается более эффективно, и это может привести к созданию усовершенствованных солнечных батарей. Фотокатализатор также может быть использован для уничтожения жидких или газовых загрязнений, например, пестицидов в воде, поскольку вызывает реакцию, разрушающую химические вещества.
«Эта находка открывает новые возможности для повышения эффективности использования, хранения и преобразования солнечной энергии в различных технологиях», — говорит автор проекта доктор Эмилиано Кортес (Emiliano Cortés) из Имперского колледжа Лондона.
Материал, с которым группа ученых работала, изготовлен из металлических наночастиц диаметром миллиардные доли метра. Исследования показали, что светоиндуцированные химические реакции происходят на определенных участках поверхности этих наноматериалов. Отслеживая местоположение наночастиц золота (использовалось в качестве маркера), ученые определили, какие именно области материала являются наиболее подходящими для передачи энергии химическим реакциям.
Теперь, когда известно, какие участки отвечают за процесс накопления света и передачи его химическим реакциям, они надеются создать наноматериал, который увеличит эти области и сделает процесс более эффективным.
«Это яркая демонстрация того, как металлические наноструктуры продолжают удивлять нас в своих возможностях контролировать солнечный свет на наноуровне. Эта находка открывает новые грани в области фотокатализа и нанохимии», — прокомментировал профессор Стефан Майер.
