Khám phá tiềm năng thu ánh sáng mới

Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã phát hiện ra một cơ chế thu hẹp năng lượng vùng cấm giới hạn lượng tử, nơi mà quá trình hấp thụ tia cực tím (UV) của các chấm lượng tử grapheme và các hạt nano TiO2 có thể dễ dàng mở rộng sang dải ánh sáng nhìn thấy. Cơ chế này cho phép thiết kế lớp vật liệu composite mới để thu nhận ánh sáng và các quang điện tử.

Tiến sĩ Qin Li, thuộc Trung tâm công nghệ nano và micro Queensland cho biết, ứng dụng cơ chế này vào thực tế cuộc sống như các tế bào quang điện có thể sơn phủ và lọc nước sử dụng ánh sáng mặt trời. Bất cứ nơi nào có nguồn ánh sáng mặt trời dồi dào, chúng ta có thể quét vật liệu nano này để thu năng lượng mặt trời cho sản xuất nước sạch.

Cơ chế này rất quan trọng để thu ánh sáng mặt trời. Quan trọng hơn là tạo ra vật liệu hấp thụ UV để trở thành chất hấp thụ ánh sáng nhìn thấy bằng cách thu hẹp vùng cấm năng lượng.

Ánh sáng nhìn thấy chiếm 43% năng lượng mặt trời, so với chỉ 5% ánh sáng UV. Những nỗ lực chính được thực hiện nhằm nâng cao khả năng hấp thụ của titania trong vùng ánh sáng nhìn thấy hoặc phát triển các vật liệu nhạy cảm với ánh sáng nhìn thấy nói chung.

Những phương pháp được sử dụng cho titania gồm sơn phủ ion, sơn phủ cacbon, sơn phủ nitơ và hydro hóa, thường yêu cầu các điều kiện nghiêm ngặt để thu được TiO2 biến đổi như nhiệt độ cao hoặc áp suất lớn.

Trong bài báo của họ được công bố trên Chemical Communications, trong tạp chí Royal Society of Chemistry, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy khi các hạt TiO2 được trộn với các chấm lượng tử graphene, kết quả thu được là composit hấp thụ ánh sáng nhìn thấy theo cơ chế thu hẹp vùng cấm năng lượng giới hạn lượng tử.

Tiến sĩ Li cho biết: "Chúng tôi thực sự vui mừng khi phát hiện ra cơ chế này: khi hai vật liệu hấp thụ UV, cụ thể là TiO2 và chấm lượng tử graphene, được pha trộn với nhau, chúng bắt đầu hấp thụ trong vùng khả kiến, quan trọng hơn, các vùng cấm năng lượng có thể được điều chỉnh bởi kích thước của các chấm lượng tử graphene".

Hiện tượng này được gọi là 'thu hẹp vùng cấm năng lượng giới hạn lượng tử” và cơ chế này có thể áp dụng đối với tất cả các chất bán dẫn, khi chúng được liên kết với các chấm lượng tử graphene. Việc điều chỉnh linh hoạt vùng cấm năng lượng rất được kỳ vọng trong các thiết bị bán dẫn.

Theo dantri.com.vn