Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) descobriram recentemente novas propriedades do niobato de estrôncio, que é um material semicondutor único que exibe condução do tipo metálico e atividade fotocatalítica. Os dois estudos, que foram conduzidos em colaboração com pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, e o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, anuncia oportunidades empolgantes para a criação de novos dispositivos com funcionalidades sem precedentes, bem como aplicações exclusivas de uma nova família de materiais fotocatalíticos.

Dr. Wan Dongyang, um pesquisador do NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute (NUSNNI) que esteve envolvido em ambas as pesquisas, disse, "A chave para esses estudos bem-sucedidos foi a capacidade da equipe da NUSNNI de produzir filmes cristalinos de alta qualidade desses materiais que foram então estudados por uma variedade de medições para fornecer pistas científicas sobre como esses materiais funcionam em condições variadas."

Nova família de plasmons descobertos em metal não convencional

No primeiro estudo, Os pesquisadores, que foram liderados pelo Professor Assistente Andrivo Rusydi, e Diretor do NUSNNI Professor T Venky Venkatesan, descobriram que, embora o niobato de estrôncio seja de natureza altamente metálica devido a uma grande população de elétrons no material, que é típico da maioria dos metais, ainda é transparente na maioria das energias de fótons, que é uma propriedade excepcional, diferente da maioria dos metais. Utilizando técnicas espectroscópicas, a equipe de pesquisa descobriu que esta propriedade única surgiu de uma absorção plasmônica intrínseca.

Dr. Teguh Citra Asmara, o primeiro autor do artigo e também pesquisador de pós-doutorado no NUSNNI, disse, "Dos nossos estudos, descobrimos que este material é um semicondutor com um grande bandgap de quatro elétron-volts. Com base em nossa compreensão dos semicondutores e do forte comportamento metálico deste material, não esperávamos que este material absorvesse quaisquer fótons visíveis, portanto, os resultados que encontramos são realmente surpreendentes. "

"Plasmons são oscilações ressonantes de uma coleção de elétrons e normalmente ocorrem em um sólido metálico. Sob as condições certas, os fótons podem fazer com que esses plasmons sejam excitados em um sólido e, nesse processo, o sólido absorve a energia do fóton. Antes que nossa equipe descobrisse isso, este material foi pensado para consistir em um bandgap menor, da ordem de dois elétron-volts, e uma banda secundária acima de energia comparável, "explicou o Prof Venkatesan.

Além disso, a equipe de pesquisa descobriu uma nova família de plasmons que ocorre em frequências múltiplas. Esta nova família de plasmons é observada mesmo quando o niobato de estrôncio não é um metal convencional.

Asst Prof Rusydi disse, "Esta nova descoberta abre novas direções de pesquisa e caminhos para a pesquisa plasmônica, e nos permite olhar para materiais isolantes e fortemente correlacionados anteriormente inexplorados. Também estamos estudando as possíveis aplicações desse novo tipo de plasmons. "

Este projeto foi originalmente iniciado pelo Dr. Zhao Yongliang como parte de sua tese de doutorado, e o Dr. Wan Dongyang deu continuidade a isso como parte de sua tese de doutorado. Ambos realizaram o projeto sob a supervisão do Prof Venkatesan. As novas descobertas foram publicadas em uma prestigiosa revista científica Nature Communications em 12 de maio de 2017.

'Divisores de água' para reduzir a pegada de carbono

No segundo estudo, Os pesquisadores da NUS examinaram como o niobato de estrôncio catalisa a água. O time, supervisionado pelo Prof Venkatesan, descobriram que quando o niobato de estrôncio está em contato com a água sob irradiação solar, o material semicondutor pode derramar água em seus constituintes de oxigênio e hidrogênio. Este estudo, que também foi realizado em colaboração com pesquisadores da Universidade Tecnológica de Nanyang, foi publicado pela primeira vez online na prestigiosa revista científica Nature Communications em 19 de abril de 2017.

O Prof Venkatesan explicou, "Embora este material converta água em hidrogênio sob irradiação solar, o mecanismo por trás desse processo foi anteriormente mal interpretado como sendo devido à alta velocidade ou mobilidade dos elétrons no material. Nosso grupo mostrou claramente que não era esse o caso. A mobilidade do elétron medida foi significativamente baixa, mas o efeito foi aumentado pela absorção ressonante dos fótons solares pelos plasmons intrínsecos presentes neste material. "

Os resultados sugerem fortemente uma nova abordagem para projetar catalisadores para várias aplicações, e o trabalho pode levar a novas técnicas de coleta de hidrogênio - um combustível sustentável - da água, portanto, contribuir para a redução da pegada de carbono.

"Na NUSNNI, temos um grupo que encontrou uma família de materiais, além do niobato de estrôncio, que funcionam tão bem como divisores de água plasmônica. Seguindo em frente, estamos trabalhando para encontrar a combinação certa de processo fotocatalítico para a produção de produtos químicos úteis, "acrescentou o Prof Venkatesan.