구리 주입 나노결정으로 적외선 변환 촉진

체계적인 구리 도핑은 텅스텐산 나노결정의 모든 태양광 활용을 향상시킵니다.

햇빛은 무한한 에너지원이며, 햇빛을 활용하여 전기를 생산하는 것은 재생에너지의 초석 중 하나입니다. 지구에 떨어지는 햇빛의 40% 이상이 적외선, 가시광선, 자외선 스펙트럼에 속합니다. 그러나 현재의 태양광 기술은 주로 가시광선과 자외선을 활용합니다. 태양 복사의 전체 스펙트럼을 활용하는 기술(전일사 이용이라고 함)은 아직 초기 단계입니다.

연구진으로 구성된 팀 홋카이도 대학공과대학 Melbert Jeem 조교수와 와타나베 세이이치 교수가 이끄는 연구팀은 태양광 활용이 가능한 구리가 도핑된 텅스텐산 기반 물질을 합성했습니다. 그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다. 고급 소재.

“현재 800nm에서 2500nm 범위의 태양 복사의 근적외선 및 중적외선 스펙트럼은 에너지 생성에 활용되지 않습니다.”라고 Jeem은 설명합니다. “텅스텐산은 이러한 파장을 흡수하는 결함이 있는 결정 구조를 갖고 있기 때문에 이 스펙트럼을 잠재적으로 활용할 수 있는 나노물질 개발의 후보입니다.”

연구팀은 다양한 농도의 구리가 도핑된 텅스텐산 나노결정을 합성하기 위해 이전에 개발한 사진 제조 기술인 결정자의 수중 광합성을 사용했습니다. 이러한 나노결정의 구조와 광흡수 특성을 분석했습니다. 광열, 광 보조 수분 증발 및 광전기 화학적 특성을 측정했습니다.

자외선에서 적외선까지 범위의 텅스텐산 결정의 요약된 상대 광 흡수. 1, 5 및 10은 나노결정의 광임계를 초래하는 구리 농도입니다. (멜버트 짐 외. 첨단소재. 2023년 7월 29일)

구리가 도핑된 텅스텐 산화물 나노결정은 자외선부터 가시광선, 적외선까지 스펙트럼 전반에 걸쳐 빛을 흡수합니다. 흡수된 적외선의 양은 1% 구리 도핑에서 가장 높았습니다. 1%와 5% 구리가 첨가된 나노결정은 가장 높은 온도 상승(광열 특성)을 나타냈습니다. 1% 구리 도핑 결정은 또한 시간당 m2당 약 1.0kg으로 가장 큰 수분 증발 효능을 나타냈습니다. 1% 구리 도핑 나노결정의 구조 분석은 구리 이온이 텅스텐 산화물의 결정 구조를 왜곡하여 빛이 흡수될 때 관찰된 특성을 나타낼 수 있음을 나타냅니다.

“우리의 발견은 태양 에너지를 합성하고 활용할 수 있는 나노결정체 설계에 있어 상당한 발전을 의미합니다.”라고 Watanabe는 결론지었습니다. “우리는 구리 도핑이 텅스텐산을 생성한다는 것을 입증했습니다. 나노결정 태양광 활용을 통한 다양한 특성. 이는 해당 분야의 추가 연구와 응용 프로그램 개발을 위한 프레임워크를 제공합니다.”

원본 기사:

멜버트 짐(Melbert Jeem) 외. 태양광 활용을 위해 조정된 결함 중심의 광임계 단계. 고급 소재. 2023년 7월 29일.

DOI: 10.1002/adma.202305494

자금:

이 작품은 일본 과학 진흥회(JSPS) KAKENHI(20H00295, 21K04823)의 지원을 받았습니다. 이 작업은 홋카이도 대학 정보 이니셔티브 센터의 슈퍼컴퓨터 시스템을 통해 부분적으로 수행되었습니다. 이 작업은 문부과학성(MEXT)의 일본 소재 나노기술 첨단 연구 인프라(ARIM)의 지원을 받아 홋카이도 대학에서 수행되었습니다.

다음에서 재발행됨 홋카이도 대학.