Forskare vid universitetet i Zürich har utvecklat en typ av nanopartiklar genom att tillsätta zinksulfid till ytan av indiumbaserade kvantprickar. Dessa kvantprickar producerar rent vätebränsle från vatten och solljus – en hållbar energikälla. De introducerar nya miljövänliga och kraftfulla material för solfotokatalys.

Quantum dots är sanna allroundare. Dessa materialstrukturer, som bara är några få nanometer stora, uppvisa liknande beteende som molekyler eller atomer, och deras form, storlek och antal elektroner kan moduleras systematiskt. Detta innebär att deras elektriska och optiska egenskaper kan anpassas för ett antal målområden, som ny skärmteknik, biomedicinska tillämpningar samt fotovoltaik och fotokatalys.

Bränsleproduktion med solljus och vatten

En annan aktuell linje av tillämpningsorienterad forskning syftar till att generera väte direkt från vatten och solljus. Väte, en ren och effektiv energikälla, kan omvandlas till bränsleformer som används flitigt, inklusive metanol och bensin. De mest lovande typerna av kvantprickar som tidigare använts i energiforskning innehåller kadmium, som har förbjudits från många produkter på grund av dess toxicitet. Teamet av professor Greta Patzke från universitetet i Zürich och forskare från Southwest Petroleum University i Chengdu och den kinesiska vetenskapsakademin har nu utvecklat en ny typ av nanomaterial för fotokatalys utan giftiga komponenter.

De tre nanometerpartiklarna består av en kärna av indiumfosfid med ett mycket tunt omgivande lager av zinksulfid och sulfidligander. "Jämfört med kvantprickarna som innehåller kadmium, de nya kompositerna är inte bara miljövänliga, men också mycket effektiv när det gäller att producera väte från ljus och vatten, " förklarar Greta Patzke. Sulfidligander på kvantpunktsytan visade sig underlätta de avgörande stegen involverade i ljusdrivna kemiska reaktioner, nämligen den effektiva separationen av laddningsbärare och deras snabba överföring till nanopartikelytan.

Stor potential för miljövänliga applikationer

De nyutvecklade kadmiumfria nanomaterialen har potential att fungera som ett mer miljövänligt alternativ för en mängd olika kommersiella områden. "De vattenlösliga och biokompatibla indiumbaserade kvantprickarna kan i framtiden också testas i termer av biomassaomvandling till väte. Eller så kan de utvecklas till lågtoxiska biosensorer eller icke-linjära optiska material, till exempel, säger Greta Patzke.