O nanomaterial altamente condutor tem uma ampla variedade de aplicações. Quando usado em um purificador de ar, fornece uma superestrada de agrafeno para um transporte de elétrons mais rápido, permitindo uma remoção mais eficiente de poluentes. Crédito:nobeastsofierce | 123rf
Uma equipe da Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU) desenvolveu uma nova nanoestrutura incorporada em uma nanofibra semicondutora que resulta em excelente condutividade. O nanocompósito aborda um inibidor chave da condutividade, com potencial para melhorar uma ampla gama de aplicações, de baterias e células solares, para dispositivos de purificação do ar.
Embora os semicondutores sejam amplamente usados, sua eficácia tem sido limitada pelo processo natural de elétrons fotogerados em recombinação com 'buracos', ou potenciais pontos de repouso de elétrons. Isso reduz a corrente em movimento de elétrons gerados por luz ou energia externa e, como consequência, reduz a eficiência do dispositivo. O Departamento de Engenharia Mecânica da PolyU projetou uma nanofibra composta que essencialmente fornece uma superestrada dedicada para o transporte de elétrons, uma vez que são gerados, eliminando o problema da recombinação elétron-buraco.
A inovação foi premiada com a Medalha de Ouro com Parabéns do Júri na 45ª Exposição Internacional de Invenções de Genebra em 2017.
A equipe evitou a recombinação inserindo uma nanoestrutura altamente condutiva feita de nanotubos de carbono e grafeno em um dióxido de titânio (TiO 2 ) nanofibra composta. Os elétrons e cargas podem ser transportados de forma eficiente no núcleo de grafeno assim que são gerados, antes de recombinar com os 'buracos' na nanofibra. Liderado por Wallace Leung, a equipe testou a eficácia do nanocompósito em células solares e fotocatalisadores de purificação de ar.
Eles incorporaram o nanocompósito no TiO 2 componente de células solares sensibilizadas com corante e à base de perovskita, que estão sob investigação como alternativas às células solares convencionais à base de silício. O nanocompósito aumentou as taxas de conversão de energia das células solares de 40% a 66%.
TiO 2 nanopartículas são o material fotocatalisador mais comumente usado em dispositivos de purificação de ar ou desinfecção disponíveis comercialmente. Contudo, TiO 2 só pode ser ativado por luz ultravioleta, o que o torna muito menos eficaz em ambientes fechados. Também é ineficaz na conversão de óxido nítrico (NO) em dióxido de nitrogênio (NO 2 ), a uma taxa de menos de 10 por cento.
Quando a nanoestrutura de PolyU foi incorporada em um fotocatalisador, forneceu uma superestrada de grafeno para os elétrons transportarem mais rapidamente para gerar superanions para oxidar os poluentes absorvidos, bactérias e vírus. O núcleo de grafeno também aumentou significativamente a superfície exposta para absorção de luz e captura de moléculas prejudiciais. Ele também coletou mais energia luminosa em todos os comprimentos de onda. A nanofibra semicondutora converteu cerca de 70 por cento de NO em NO 2 , sete vezes mais do que TiO simples 2 nanopartículas.
Eles também testaram o quão bem sua nanoestrutura quebra o formaldeído, um composto orgânico volátil desagradável comumente encontrado em edifícios novos ou renovados e carros novos. O fotocatalisador de grafeno incorporado da PolyU foi novamente capaz de quebrar três vezes mais formaldeído do que TiO 2 nanopartículas sem a nanoestrutura adicionada.
O novo nanocompósito tem uma ampla gama de outras aplicações potenciais, como a geração de hidrogênio por divisão de água, sensores biológico-químicos com velocidade e sensibilidade aprimoradas, e baterias de lítio com menor impedância e maior armazenamento.
