Att belägga ett galler av små trådar som kallas nanonetter med järnoxid – mer allmänt känd som rost – skapar en ekonomisk och effektiv plattform för processen med vattenklyvning, en framväxande vetenskap om rent bränsle som skördar väte från vatten, Boston College forskare rapporterar i onlineutgåvan av Journal of the American Chemical Society .

Biträdande professor i kemi Dunwei Wang och hans laboratorium för ren energi var banbrytande för utvecklingen av nanoneter 2008 och har sedan dess visat att de är en livskraftig ny plattform för ett antal energitillämpningar tack vare den ökade ytan och förbättrade konduktiviteten hos nanoskalan nät tillverkat av titandisilicid, en lättillgänglig halvledare.

Wang och hans team rapporterar att beläggning av nanonetterna med hematit, den rikliga mineralformen av järnoxid, visade att mineralet kunde absorbera ljus effektivt och utan extra kostnad för att förstärka materialet med en syreutvecklande katalysator.

Resultaten kommer direkt från introduktionen av Nanonet-plattformen, sa Wang. Även om de är konstruerade av trådar 1/400 av storleken på ett människohår, Nanonets är mycket ledande och erbjuder en betydande yta. De tjänar dubbla roller som ett strukturellt stöd och en effektiv laddningsuppsamlare, möjliggör maximal foton-till-laddning-konvertering, sa Wang.

"När forskning har visat att användningen av en katalysator kan öka prestandan hos hematit, ", sa Wang. "Vad vi har visat är hematits potentiella prestanda på dess grundläggande nivå, utan katalysator. Genom att använda denna unika Nanonet-struktur, vi har kastat nytt ljus över hematits grundläggande prestanda vid vattenklyvning."

På egen hand, hematit möter naturliga gränser i sin förmåga att transportera en laddning. En foton kan absorberas, men har ingenstans att gå. Genom att ge det struktur och ökad ledningsförmåga, laddningstransportförmågan hos hematit ökar, sa Wang. Vattenklyvning, en kemisk reaktion som separerar vatten till syre och vätgas, kan initieras genom att en elektrisk ström leds genom vatten. Men den processen är dyr, så vinster i effektivitet och konduktivitet krävs för att göra storskalig vattenklyvning till en ekonomiskt lönsam källa för ren energi, sa Wang.

"Resultatet belyser vikten av laddtransport i halvledarbaserade
vattenklyvning, speciellt för material vars prestanda begränsas av dålig laddningsdiffusion, "forskarna rapporterar i tidskriften." Vår design introducerar materialkomponenter för att tillhandahålla en särskild laddtransportväg, lindrar beroendet av materialens inneboende egenskaper, och har därför potential att avsevärt bredda var och hur olika befintliga material kan användas i energirelaterade applikationer."