Oogsten Zonne-energie door middel van Charge-scheiden Nanokristallen en hun Solids

Samenvoegen van verschillende halfgeleidermaterialen in een nano-composiet biedt synthetische middelen voor de ontwikkeling van nieuwe materialen met een opto uitstekende controle over de ruimtelijke verdeling van de ladingsdragers in materiaal interfaces. Aangezien deze studie toont, kan een combinatie van donor-acceptor nanokristallen (NC) domeinen in een nanodeeltje tot het realiseren van efficiënte fotokatalytische ^1-5 materialen, terwijl een gelaagd samenstel van donor-en acceptor-like nanokristallen films leidt tot fotovoltaïsche materialen.

Aanvankelijk was de document richt zich op de synthese van samengestelde anorganische nanokristallen, bestaande uit lineair gestapeld ZnSe, CdS, en Pt domeinen, die gezamenlijk bevorderen fotogeïnduceerde lading scheiding. Deze structuren worden in waterige oplossingen voor de fotokatalyse van water onder zonnestraling, resulterend in de productie _van H2 gas. De fotogeïnduceerde scheiding verbeterenlasten, wordt een nanorod morfologie met een lineaire gradiënt afkomstig van een intrinsieke elektrisch veld gebruikt ^5. De inter-domein energetica worden dan geoptimaliseerd om photogenerated elektronen drijven naar de katalytische plaats Pt terwijl verdrijven de gaten op het oppervlak van ZnSe domeinen voor verloren regeneratie (via methanol). We tonen aan dat de enige manier om waterstof te produceren is electron-donerende liganden gebruiken om de oppervlaktetoestanden passiveren door het afstemmen van het energieniveau aanpassing aan de halfgeleider-ligand interface. Stabiele en efficiënte reductie van water wordt toegestaan ​​door deze liganden omdat zij vacatures in de valentieband van de halfgeleider domein, waardoor energie gaatjes van beschadigen. Specifiek laten we zien dat de energie van het gat naar de ligandrest, waarbij de halfgeleider domein functioneel. Dit stelt ons in staat om de hele nanokristallen-ligand-systeem terug te keren naar een functionele staat, wanneer de liganden worden afgebroken, Door het toevoegen van nieuwe liganden aan het systeem ^4.

Om een fotovoltaïsche lading scheiding te bevorderen, gebruiken we een composiet uit twee lagen vaste stof van PbS en TiO ₂ films. In deze configuratie worden fotogeïnduceerde elektronen geïnjecteerd in TiO ₂ en worden vervolgens opgepikt door een FTO electrode, terwijl gaten worden toegewezen aan een Au-elektrode via PbS laag ^6. Om dit laatste te ontwikkelen introduceren we een Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (Smena) strategie, die hechting PBS NC's kunnen in de omringende matrix van CdS halfgeleider. Dientengevolge vervaardigd vaste vertonen uitstekende thermische stabiliteit, toegeschreven aan de hetero-structuur van nanokristallen-matrix interfaces en tonen overtuigend light-harvesting prestaties prototype zonnecellen ^7.