Por muitos anos, os pesquisadores têm se concentrado no desenvolvimento de tecnologias que podem nos ajudar a combater a crise iminente da mudança climática. Eles têm um objetivo em comum:encontrar fontes de energia sustentáveis ​​que possam substituir os combustíveis fósseis tóxicos para o meio ambiente. Fotocatalisadores que conduzem um processo artificial que replica a fotossíntese (em que a energia solar é convertida em materiais úteis) são promissores a este respeito, visto que somos capazes de desenvolver a tecnologia necessária para eles. Materiais cristalinos, tal como titanato de estrôncio (SrTiO ₃ ), que podem servir como fotocatalisadores em dispositivos solares, pode nos levar na direção.

SrTiO ₃ é atraente devido a várias outras razões também, como suas aplicações potenciais em interruptores resistivos e componentes de células de combustível. A natureza versátil do SrTiO ₃ motivou os físicos a estudar detalhadamente as propriedades dos vários materiais. Mas, para se aprofundar nas propriedades do SrTiO ₃ , precisamos entender um pouco mais sobre eles.

Materiais fotocatalíticos, como SrTiO ₃ são geralmente "dopados" com produtos químicos como o nióbio (Nb), que ajudam a melhorar suas propriedades elétricas. Mas um processo chamado recombinação de carga pode ocorrer em fotocatalisadores, o que prejudica sua eficiência. Nesse processo, operadoras de celular presentes no material, como elétrons e buracos, quando exposto à luz, podem aniquilar uns aos outros. Alguns estudos mostraram que a recombinação de carga é afetada pela presença de defeitos nos cristais. Então, como o doping Nb afeta as propriedades do material de SrTiO ₃ ? Isso é exatamente o que uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão, liderado pelo Prof. Masashi Kato, queria descobrir.

Em seu estudo publicado em Journal of Physics D:Física Aplicada , os pesquisadores analisaram os efeitos do doping de Nb em baixa concentração, bem como sem doping, na recombinação de superfície em SrTiO ₃ cristais. O Prof. Kato explica, "Medir quantitativamente os efeitos de superfícies e impurezas de nióbio em SrTiO ₃ na recombinação de portadores pode nos ajudar a projetar fotocatalisadores com uma estrutura ideal para fotossíntese artificial. "

Os cientistas primeiro analisaram a recombinação da superfície, ou padrões de "decadência" de SrTiO não dopado ₃ amostras, bem como aqueles dopados com diferentes concentrações de Nb, usando uma técnica chamada decaimento da fotocondutividade por microondas. Para investigar ainda mais as propriedades de recombinação do graneleiro de amostras dopadas e diferentes níveis de energia introduzidos pelo dopagem Nb, outra técnica chamada fotoluminescência resolvida no tempo foi usada.

Os pesquisadores descobriram que a recombinação de portadores excitados não dependia de sua concentração, indicando que eles se recombinaram por meio de processos de superfície e Shockley-Read-Hall (que são insensíveis à concentração de portadores de excitação). Além disso, a amostra dopada mostrou curvas de decaimento mais rápidas, o que pode ser devido à introdução de um centro de recombinação por dopagem Nb. A dopagem do material com altas concentrações de Nb apresentou efeitos negativos no dopagem de portadores. Além disso, o tamanho do fotocatalisador, e não sua forma, influenciou a recombinação de superfície e, finalmente, sua eficiência geral.

O estudo concluiu que SrTiO moderadamente dopado com Nb ₃ poderia realmente ser mais benéfico do que puro SrTiO ₃ , especialmente quando operado em temperaturas operacionais mais altas. Essas descobertas podem nos ajudar a projetar SrTiO ₃ fotocatalisadores com uma recombinação de superfície inferior e maior conversão de energia, levando ao desenvolvimento de fontes sustentáveis ​​de energia.

O Prof. Kato conclui com otimismo, "Estamos confiantes de que nossas descobertas podem acelerar o desenvolvimento de tecnologias de fotossíntese artificial, em última análise, contribuindo para um ambiente mais verde, sociedade mais sustentável. "