かつてないほどのように日光を利用する：超クリスタルのブレークスルー

エミリアーノ・コルテスが日光を狩るとき、彼は巨大な鏡や広大なソーラー農場を使用しません。反対に、LMUでの実験物理学とエネルギー変換の教授は、ナノコスモに分かれています。 「太陽光の高エネルギー粒子である光子が原子構造を満たす場所は、私たちの研究が始まる場所です」とコルテスは言います。 「私たちは、太陽エネルギーをより効率的にキャプチャして使用するための材料ソリューションに取り組んでいます。」

太陽エネルギーのための革新的なソリューション

彼の発見は、新しい太陽電池と光触媒を可能にするため、大きな可能性を持っています。業界は、化学反応のために光エネルギーをアクセスできるようにすることができるため、後者に大きな希望を持っています。しかし、日光を使用することには1つの大きな課題があります。太陽電池も対処しなければならない、コルテスは「日光が地球に到着し、「希釈」しているため、面積あたりのエネルギーは比較的低い」と知っています。ソーラーパネルは、広い領域をカバーすることにより、これを補償します。

ミニチュア磁石で太陽エネルギーを集中します

スーパークリスタルには、コルテスとエルランが2つの異なる金属を使用していますナノスケール形式。 「最初にプラズモニック金属から10〜200ナノメートルの範囲の粒子を作成します。これは、私たちの場合は金です」とHerrán氏は説明します。 「このスケールでは、銀、銅、アルミニウム、マグネシウムも含まれるプラズモニック金属で特別な現象が発生します。可視光は金属の電子と非常に強く相互作用し、共鳴して振動させます。」

これは、電子がナノ粒子の片側からもう一方の側に非常に迅速に集合的に移動し、一種のミニ磁石を作成することを意味します。専門家はこれを双極子の瞬間と呼んでいます。 「インシデント光の場合、これは強い変化であり、その後、金属ナノ粒子とはるかに強く相互作用するようにします」とコルテスは説明します。 「同様に、プロセスはエネルギーを集中するスーパーレンズと考えることができます。私たちのナノ材料は分子スケールでそれを行います。」これにより、ナノ粒子はより多くの日光を捕らえ、それを非常に高エネルギー電子に変換することができます。これらは、化学反応を促進するのに役立ちます。

Nano Hotspotsは触媒を解き放ちます

しかし、このエネルギーをどのように活用できますか？その目的のために、LMUの科学者はハンブルク大学の研究者とチームを組みました。彼らは、自己組織化の原理に従って、表面上で整然とした方法で金粒子を配置しました。粒子は非常に近いものでなければなりませんが、最大化された光と物質の相互作用のためには触れていません。

LMUの研究者たちは、材料の光学特性を研究したベルリン大学の研究チームと協力して、光吸収が何度も増加することを発見しました。 「ゴールドナノ粒子アレイは、着信光に非常に効率的で、降伏し、高度に局所的で強力な電界、いわゆるホットスポットに焦点を当てています」とエルランは言います。

これらの形態は、金粒子とエルランに、クラシックで強力な触媒材料であるプラチナナノ粒子を断層に配置するという考えを与えました。これは、ハンブルクの研究チームによって再び行われました。

「プラチナは、太陽光を貧弱に吸収するため、光触媒に最適な材料ではありません。しかし、これを強制的に強制して、この場合は吸収不良と光エネルギーとの電力化学反応を強化することができます。この場合、反応は水素に形成酸を変換します」とHerránは説明します。

1時間あたり139ミリモル、触媒1グラムあたりのギ酸からの水素生産速度により、現在、光触媒材料はHの世界記録を保持しています₂日光の生産。

持続可能な水素生産に向けて

今日、水素は主に化石燃料から生産されており、主に天然ガスから生産されています。より持続可能な生産に切り替えるために、世界中の研究チームは、形成酸、アンモニア、水などの代替原料を使用する技術に取り組んでいます。また、大規模生産に適した光触媒反応器の開発にも焦点が当てられています。 「私たちのような巧妙な材料ソリューションは、テクノロジーの成功のための重要な構成要素です」と2人の研究者は述べました。

「プラズモニック金属と触媒金属を組み合わせることにより、産業用途向けの強力な光触媒の発達を進めています。これは、日光を使用する新しい方法であり、COの変換などの他の反応の可能性を提供するものです。₂コルテスとヘルンは説明します。2人の研究者はすでに物質的な発達を特許を取得しています。