Det mycket ledande nanomaterialet har ett brett spektrum av applikationer. När den används i en luftrenare, det ger agraphen -motorväg för snabbare elektrontransport, möjliggör effektivare borttagning av föroreningar. Upphovsman:nobeastsofierce | 123rf
Ett team från The Hong Kong Polytechnic University (PolyU) utvecklade en ny nanostruktur inbäddad i en halvledarnanofiber som resulterar i utmärkt konduktivitet. Nanokompositen adresserar en nyckelhämmare för konduktivitet, med potential att förbättra ett brett spektrum av applikationer, från batterier och solceller, till luftreningsanordningar.
Medan halvledare används i stor utsträckning, deras effektivitet har begränsats av den naturliga processen för fotogenererade elektroner vid rekombination med 'hål', eller potentiella elektron viloplatser. Detta minskar den rörliga strömmen för elektroner som genereras av ljus eller extern kraft och, som en konsekvens, minskar enhetens effektivitet. PolyUs avdelning för maskinteknik utformade en sammansatt nanofiber som i huvudsak tillhandahåller en särskild motorväg för elektrontransport när de genereras, eliminerar problemet med rekombination av elektronhål.
Innovationen tilldelades guldmedaljen med juryns gratulationer vid den 45:e internationella utställningen av uppfinningar i Genève 2017.
Teamet undvek rekombination genom att sätta in en mycket ledande nanostruktur gjord av kolnanorör och grafen i en titandioxid (TiO 2 ) sammansatt nanofiber. Elektronerna och laddningarna kan transporteras effektivt i grafenkärnan så snart de genereras, före rekombination med "hålen" i nanofibrerna. Under ledning av Wallace Leung, laget har testat effektiviteten av nanokompositen i solceller och luftreningsfotokatalysatorer.
De inbäddade nanokompositen i TiO 2 komponent i färgkänsliga och perovskitbaserade solceller, som undersöks som alternativ till konventionella kiselbaserade solceller. Nanokompositen ökade solcellernas energiomvandlingsfrekvens med 40 procent till 66 procent.
TiO 2 nanopartiklar är det mest använda fotokatalysatormaterialet i kommersiellt tillgängliga luftrenings- eller desinfektionsanordningar. Dock, TiO 2 kan bara aktiveras av ultraviolett ljus, vilket gör det mycket mindre effektivt inomhus. Det är också ineffektivt vid omvandling av kväveoxid (NO) till kvävedioxid (NO 2 ), med mindre än 10 procent.
När PolyUs nanostruktur var inbäddad i en fotokatalysator, det gav en grafen-motorväg för elektroner att transportera snabbare för att generera superanjoner för att oxidera absorberade föroreningar, bakterier och virus. Grafenkärnan ökade också signifikant ytan som exponerades för ljusabsorption och fångade skadliga molekyler. Det skördade också mer ljusenergi över alla våglängder. Halvledaren nanofiber konverterade cirka 70 procent av NO till NO 2 , sju gånger mer än vanlig TiO 2 nanopartiklar.
De testade också hur bra deras nanostruktur bryter ner formaldehyd, en otäck flyktig organisk förening som vanligtvis finns i nya eller renoverade byggnader och nya bilar. PolyUs inbäddade grafenfotokatalysator kunde igen bryta ner tre gånger mer formaldehyd än TiO 2 nanopartiklar utan den extra nanostrukturen.
Den nya nanokompositen har ett brett utbud av andra potentiella applikationer, såsom vätebildning genom vattensplittring, biologisk-kemiska sensorer med ökad hastighet och känslighet, och litiumbatterier med lägre impedans och ökad lagring.
