Ny teknik som utnyttjar solljus för att driva kemiska reaktioner banar väg för en mer hållbar kemisk tillverkningsindustri, en av världens största energianvändare.

RMIT-universitetets forskare har utvecklat ett nanoförbättrat material som kan fånga otroliga 99% av ljuset och omvandla det till kemiska reaktioner.

Förutom att minska miljöpåverkan från kemisk tillverkning, innovationen kan en dag användas för att leverera teknik som bättre infraröda kameror och soldrivet vattenavsaltning.

Publicerad idag i ACS Applied Energy Materials , forskningen tar upp utmaningen att hitta alternativa energikällor för kemisk tillverkning, som står för cirka 10% av den globala energiförbrukningen och 7% av industriella utsläpp av växthusgaser.

I USA, kemisk tillverkning använder mer energi än någon annan industri, stod för 28% av industriell energiförbrukning 2017.

Medan fotokatalys - användningen av ljus för att driva kemiska reaktioner - växer i branschen, effektivitet och kostnad förblir betydande hinder för ett större utnyttjande.

Ledande utredare Docent Daniel Gomez sa att den nya tekniken maximerade ljusabsorption för att effektivt omvandla ljusenergi till kemisk energi.

"Kemisk tillverkning är en energisugen industri eftersom traditionella katalytiska processer kräver intensiv uppvärmning och tryck för att driva reaktioner, "Gomez, en ARC Future Fellow på RMIT's School of Science, sa.

"Men en av de stora utmaningarna för att gå vidare till en mer hållbar framtid är att många av de material som är bäst för att utlösa kemiska reaktioner inte är tillräckligt lyhörda för ljus."

"Fotokatalysatorn vi har utvecklat kan fånga 99% av ljuset över hela spektrumet, och 100% av specifika färger.

"Det är skalbar och effektiv teknik som öppnar nya möjligheter för användning av solenergi - från elproduktion till direkt omvandling av solenergi till värdefulla kemikalier."

Nanoteknik för solenergi

Forskningen fokuserade på palladium, ett element som är utmärkt för att producera kemiska reaktioner men vanligtvis inte särskilt lättreagerande.

Genom att manipulera de optiska egenskaperna hos palladiumnanopartiklar, forskarna kunde göra materialet mer känsligt för ljus.

Även om palladium är sällsynt och dyrt, tekniken kräver bara en liten mängd-4 nanometer nanoförstärkt palladium är tillräckligt för att absorbera 99% av ljuset och uppnå en kemisk reaktion. Ett genomsnittligt människohår, för jämförelse, är 100, 000 nanometer tjock.

Utöver kemisk tillverkning, innovationen kan vidareutvecklas för en rad andra potentiella applikationer, inklusive bättre mörkerseende-teknik genom att producera mer ljuskänsliga och tydligare bilder.

En annan potentiell användning är för avsaltning. Det nano-förbättrade materialet kan läggas i saltvatten och sedan utsättas för solljus, producerar tillräckligt med energi för att koka och förånga vattnet, separera det från saltet.

Gomez, som leder Polaritonics Lab på RMIT, sa att den nya tekniken kan öka avkastningen avsevärt i den framväxande fotokatalyssektorn, med ledande företag som för närvarande producerar cirka 30 kg produkt varje dag med ljus som drivkraft.

"Vi litar alla på produkter från den kemiska tillverkningsindustrin - från plast och läkemedel, till gödselmedel och material som producerar färgerna på digitala skärmar, " han sa.

"Men ungefär som resten av vår ekonomi, det är en industri som för närvarande drivs av kol.

"Vårt yttersta mål är att använda denna teknik för att utnyttja solljus effektivt och omvandla solenergi till kemikalier, med målet att förvandla denna viktiga industri till en förnybar och hållbar. "