چرا الکترود های حاوی اکسید روی در جذب نور و فراوری انرژی کارآمد نیستند؟ - فروشگاه ویژه ها

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، پژوهشگران با مطالعه ساختار های نانوذرات اکسید روی به آنالیز عملکرد این نانوذرات در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته و سوخت پرداختند و پرده از یک راز برداشتند.

مواد و ساختار های نو، فناوری های نو را قادر می سازد تا نور خورشید را به برق و سوخت تبدیل نمایند. ترکیبی از مولکول ها و نانوذرات این ایده را به واقعیت تبدیل می نماید. مولکول های این مواد در جذب نور خورشید و اهدای الکترون به نانوذرات بسیار خوب هستند. سپس نانوذرات الکترون ها را به اطراف حرکت می دهند و واکنش هایی را کاتالیز می نمایند که سوخت را فراوری می نمایند. با این حال، این فرآیند همواره آنطور که محققان امیدوارند کار نمی نماید.

به تازگی دانشمندان راهی برای ردیابی الکترون ها در طول فرآیند خروج از مولکول ها به نانوذرات و برگشت آن ها پیدا نموده اند. محققان می توانند رهگیری نمایند که الکترون ها به راحتی کجا می توانند حرکت نمایند. این اطلاعات برای یافتن ترکیبات بهتر برای مواد نوآورانه بسیار مهم است.

در این پروژه یک ابزار آزمایشی استفاده شده که می تواند الکترون هایی را که بین مولکول ها و نانوذراتی که نور خورشید را به برق یا سوخت تبدیل می نمایند، رهگیری کند. به نظر می رسد اکسید روی که یک نانوذره بسیار رایج است، ابتدا الکترون ها را برای مدتی متوقف می نماید. سپس این ماده به الکترون ها اجازه می دهد فقط در امتداد سطح نانوذرات حرکت نمایند. این کار باعث می گردد که این بار ها از بین بروند یا به مواد نانوذره آسیب برسانند. در حالت ایده آل، بار ها باید بدون مکث و مستقیماً از میان نانوذرات عبور نمایند. توانایی آشکارسازی این تنگنا ها برای سفر الکترون، به محققان یاری می نماید مواد بهتری برای تبدیل نور خورشید به اشکال دیگر انرژی طراحی نمایند.

برای تبدیل نور خورشید به برق یا سوخت، ماده باید نور را جذب کند و انرژی نور را به سمت الکترون ها راهنمایی کند. در مرحله بعد، الکترون ها باید به اطراف حرکت نمایند تا جریان ایجاد نمایند یا واکنش های شیمیایی را فعال نمایند. یکی از راه های رسیدن به هر دو مرحله، استفاده از مولکول هایی است که در جذب نور خورشید بسیار خوب هستند و آن ها را به بستر هایی که در حرکت الکترون ها به اطراف بسیار خوب هستند، متصل کند. محققان قبلاً می دانستند که الکترون ها می توانند در داخل اکسید روی بسیار راحت تر از بسیاری از مواد دیگر حرکت نمایند. با وجود این واقعیت، الکترود های ساخته شده از اکسید روی به خوبی الکترود های ساخته شده از مواد دیگر کار نمی نمایند. اما چرا؟

با استفاده از روشی به نام طیف سنجی فوتوالکترونی اشعه ایکس با تفکیک زمانی در منبع نور پیشرفته، محققان اکنون می توانند راستا الکترون ها را از مولکول ها به زیرلایه ها و بازگشت آن ها دنبال نمایند. آن ها دریافتند که الکترون ها برای مدت طولانی بین مولکول ها و اکسید روی گیر نموده اند. هنگامی که الکترون ها در نهایت پرش را انجام می دهند، مواد همچنان آن ها را به سمت سطح بستر فشار می دهد. در آنجا، الکترون ها راحت تر از زمانی که بتوانند مستقیماً در توده زیرلایه حرکت نمایند به دام می افتند. این مطالعه به شرح اینکه چرا زیرلایه های اکسید روی به خوبی کار نمی نمایند یاری می نماید. بعلاوه یک طرح آزمایشی نو برای مواد آینده ارائه می دهد.