O tym, jak tego dokonali, piszą na łamach Nature Communications. Kluczową rolę w całym przedsięwzięciu odegrały nanostruktury Au i Cu7S4, które wykazują LSPR (localized surface plasmon resonance), co stwarza intrygujące możliwości z zakresu pochłaniania długości fal obejmujących widmo widzialne i bliską podczerwień. W toku prowadzonych eksperymentów chińscy inżynierowie zaprojektowali nanokryształ w powłoce umożliwiający wytwarzanie wodoru pod wpływem światła widzialnego i bliskiej podczerwieni.
Czytaj też: Świetny wynik w magazynowaniu wodoru. Naukowcy odnotowali wielki wzrost wydajności
Jak przyznają autorzy przełomu, w ostatnich latach produkcja wodoru przebiega coraz sprawniej, choć jednocześnie postępy nie dotyczyły bliskiej podczerwieni. Uznali, że czas to zmienić i postanowili przetestować możliwości wynikające z połączenia dwóch wspomnianych nanostruktur. Efekt okazał się bardzo zadowalający, a produkcja wodoru z wykorzystaniem tej technologii może zrewolucjonizować rynek energetyczny.
Stosując reakcję wymiany jonowej członkowie zespołu badawczego dokonali syntezy nanokryształów, a później poddali je analizie przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości, rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej i spektroskopii absorpcji przejściowej. Wszystko po to, by mieć jak najlepsze rozeznanie dotyczące właściwości strukturalnych i optycznych.
Wykorzystując nanokryształy, chińscy inżynierowie byli w stanie ustanowić rekord dotyczący produkcji wodoru z udziałem bliskiej podczerwieni
Analizy wykazały między innymi, że zaprojektowany nanokryształ utrzymuje długotrwałe stany separacji ładunków po wystawieniu na działanie światła widzialnego i bliskiej podczerwieni. Oznacza to możliwość szerokiego zastosowania i zapewnia wielki potencjał z zakresu konwersji energii słonecznej. Objęty testami fotokatalizator uzyskał szczytową wydajność kwantową wynoszącą 9,4% w zakresie widzialnym (500 nm) i rekordową wydajność kwantową wynoszącą 7,3% w zakresie bliskiej podczerwieni (2200 nm) w przypadku produkcji wodoru.
Czytaj też: Magazynowanie energii ma nowy wymiar. Polacy wykorzystali konkretny związek
Jakby zalet było mało, nowe podejście nie wymaga stosowania tzw. kokatalizatorów niezbędnych do tej pory do usprawnienia reakcji wytwarzania wodoru. Autorzy dotychczasowych ustaleń zamierzają kontynuować swoje wysiłki, mając nadzieję, że będą w stanie dalej poszerzać zakres energii świetlnej możliwej do przekształcenia w paliwa takie jak wodór. Będzie to bardzo istotne w kontekście szukania alternatyw dla wysokoemisyjnych paliw kopalnych.