Ett sätt att producera rent vatten är att värma upp smutsigt vatten tills det blir till ånga. När ångan stiger, den lämnar efter sig de tyngre föroreningarna och kan samlas upp och kylas, tillhandahålla rent vatten. Det finns många sätt att värma vatten, en av dem är att använda ljusabsorberande material vid luft/vatten-gränssnittet för att skörda solljus och omvandla ljuset till värme. Denna metod är mycket energieffektiv eftersom all absorberad solenergi används för att värma vatten nära ytan, istället för att värma upp hela vattenmassan.

Nu i en ny studie publicerad i Nanobokstäver , ett team av forskare under ledning av Mozhen Wang vid University of Science and Technology i Kina och Yadong Yin vid University of California Riverside har demonstrerat en metod som avsevärt förbättrar effektiviteten av solånggenerering med hjälp av ljusabsorberande plasmoniska metallnanostrukturer.

Plasmoniska metallnanostrukturer är ett populärt nytt material för många fotoniktillämpningar, inklusive solceller och optisk bildbehandling, eftersom de interagerar med ljus på unika sätt och kan konstrueras för att uppvisa önskvärda egenskaper. För generering av solånga, till exempel, de kan modifieras för att ha hög ljusabsorption och låga spridningsegenskaper.

En begränsning, dock, är att plasmoniska nanostrukturer har ett smalt resonansband och så att de bara kan absorbera en liten del av solspektrumet. I den nya studien, forskarnas huvudsakliga resultat var att kraftigt expandera det smala resonansbandet hos de plasmoniska silvernanopartiklarna.

"Vi har visat att metall nanostrukturer kan konstrueras genom kemisk syntes för att bli mycket effektiva för att omvandla bredspektrumljus till värme, möjliggör effektiv solånggenerering, " berättade Yin Phys.org .

Förbättringen bygger på ett koncept som kallas plasmonisk koppling. När två plasmoniska nanopartiklar kommer nära varandra, deras resonanslägen hybridiserar, som breddar deras kombinerade resonansband och låter dem absorbera ljus med ett bredare frekvensområde.

Även om denna metod har prövats tidigare, det har endast resulterat i små förbättringar av spektral breddning. I den nya studien, forskarna förbättrade prestandan avsevärt genom att använda en odlingsmetod med begränsat frö för att säkerställa att fler nanopartiklar är tillräckligt nära varandra för att uppleva effekterna. I frötillväxtmetoden, frön fixeras på den inre ytan av polymer nanoskal i en slumpmässig fördelning så att, när fröna växer till plasmoniska nanopartiklar, de växer närmare varandra. Denna metod säkerställer en hög densitet av nanopartiklar som drar nytta av utrymmets inneslutning och uppvisar bredbandsljusabsorption.

Forskarna beräknade att den nya metoden kunde uppnå effektivitetsvinster för solånggenerering så hög som 95 %, vilket är en av de högsta effektivitetsvinsterna hittills. I tester med naturligt solljus, nanopartiklarna uppnådde en effektivitet på 68%. Forskarna planerar att ytterligare förbättra nanostrukturerna i framtiden.

"Vårt omedelbara nästa steg är att utveckla svarta nanostrukturer med hjälp av icke-tidigare metaller som koppar och aluminium, "Yin sa. "Målet är att minska produktionskostnaderna och göra effektiv solånggenerering mer ekonomiskt lönsam för storskalig användning."

© 2019 Science X Network