Att använda solljus för att driva kemiska reaktioner, som artificiell fotosyntes, kan snart bli mycket effektivare tack vare nanomaterial.

Detta är slutsatsen av en studie som idag publicerats av forskare vid Institutionen för fysik vid Imperial College London, som i slutändan kan bidra till att förbättra solenergitekniken och användas för nya tillämpningar, som att använda solljus för att bryta ner skadliga kemikalier.

Solljus används för att driva många kemiska processer som annars inte skulle inträffa. Till exempel, koldioxid och vatten reagerar vanligtvis inte, men i processen med fotosyntes, växter tar dessa två kemikalier och, använder solljus, producera syre och socker.

Effektiviteten av denna reaktion är mycket hög, vilket innebär att mycket av energin från solljus överförs till den kemiska reaktionen, men hittills har forskare inte kunnat efterlikna denna process i konstgjorda konstgjorda anordningar.

En anledning är att många molekyler som kan genomgå kemiska reaktioner med ljus inte effektivt absorberar ljuset själva. De förlitar sig på fotokatalysatorer - material som absorberar ljus effektivt och sedan överför energin till molekylerna för att driva reaktioner.

I den nya studien, forskare har undersökt ett artificiellt fotokatalysatormaterial med hjälp av nanopartiklar och tagit reda på hur man kan göra det mer effektivt.

Detta kan leda till bättre solpaneler, eftersom energin från solen kunde skördas mer effektivt. Fotokatalysatorn kan också användas för att förstöra vätske- eller gasföroreningar, som bekämpningsmedel i vatten, genom att utnyttja solljus för att driva reaktioner som bryter ner kemikalierna till mindre skadliga former.

Huvudförfattare Dr Emiliano Cortés från Institutionen för fysik vid Imperial, sa:"Detta fynd öppnar nya möjligheter för att öka effektiviteten av att använda och lagra solljus i olika teknologier.

"Genom att använda dessa material kan vi revolutionera våra nuvarande möjligheter att lagra och använda solljus med viktiga implikationer i energiomvandling, såväl som nya användningsområden som att förstöra förorenande molekyler eller gaser och vattenrening, bland andra."

Materialet som teamet undersökte är tillverkat av metallnanopartiklar - partiklar som endast är miljarder av en meter i diameter. Deras resultat publiceras idag i Journal Naturkommunikation .

Laget, som inkluderade forskare från kemiavdelningen vid University of Duisburg-Essen i Tyskland under ledning av professor Sebastian Schlücker och teoretiker från Rensselaer Polytechnic Institute och Harvard University i USA, visade att ljusinducerade kemiska reaktioner förekommer i vissa regioner över ytan av dessa nanomaterial.

De identifierade vilka områden av nanomaterialet som skulle vara mest lämpade för att överföra energi till kemiska reaktioner, genom att spåra placeringen av mycket små guldnanopartiklar (används som markörer) på ytan av det silvernanokatalytiska materialet.

Nu när de vet vilka regioner som är ansvariga för processen att skörda ljus och överföra det till kemiska reaktioner, teamet hoppas kunna konstruera nanomaterialet för att öka dessa områden och göra det mer effektivt.

Ledande forskare professor Stefan Maier sa:"Detta är en kraftfull demonstration av hur metalliska nanostrukturer, som vi har undersökt i min grupp på Imperial under de senaste 10 åren, fortsätta att överraska oss i deras förmåga att styra ljuset på nanoskala.

"Den nya upptäckten avslöjad av Dr Cortés och hans medarbetare i Tyskland och USA öppnar nya möjligheter för detta område inom områdena fotokatalys och nanokemi."