p (PhysOrg.com) - Uma nova estratégia para materiais semicondutores de engenharia pode impulsionar o desempenho de células solares de separação de água para a produção de hidrogênio, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Cruz. p Usar a luz do sol para dividir a água em hidrogênio e oxigênio é potencialmente uma maneira limpa e sustentável de gerar hidrogênio para veículos com células de combustível. As células fotovoltaicas usam energia solar para gerar eletricidade, e a eletricidade pode ser usada para dividir a água por eletrólise. Mas uma abordagem mais direta e eficiente é fornecida por células fotoeletroquímicas (PEC), que usam energia solar para gerar hidrogênio dentro da própria célula.

p Os pesquisadores da UCSC se concentraram no material semicondutor usado como ânodo de absorção de luz na célula PEC. Eles combinaram duas técnicas - chamadas de dopagem elementar e sensibilização de pontos quânticos - que foram usadas para melhorar o desempenho de semicondutores de óxido metálico em células solares. Essas técnicas usam nanotecnologia para manipular a estrutura de um material na escala de bilionésimos de um metro.

p Trabalho anterior no laboratório de Jin Zhang, professor de química e bioquímica da UCSC, mostrou que esta combinação de técnicas tem um efeito sinérgico, melhorando significativamente o desempenho das células fotovoltaicas (veja a história anterior). No novo estudo, Zhang se juntou a Yat Li, professor assistente de química e bioquímica, para testar a mesma estratégia em uma célula PEC.

p "Dopagem elementar e sensibilização de pontos quânticos são duas técnicas diferentes que funcionam bem por si mesmas. Descobrimos que podemos combiná-las para obter um efeito sinérgico, "Li disse." Nós não apenas estendemos essa ideia agradavelmente a uma célula fotoeletroquímica para geração de hidrogênio, também propusemos um novo modelo para explicar os dados experimentais observados. "

p Zhang observou que mais trabalho teórico é necessário para compreender completamente os mecanismos envolvidos. "Compreender os mecanismos nos permitirá otimizar os efeitos, "disse ele." O modelo que propusemos no primeiro artigo era muito preliminar, mas os novos resultados nos ajudaram a refinar nosso modelo. "

p Os pesquisadores relataram suas descobertas no jornal Nano Letras em um artigo publicado online em 25 de janeiro. Os principais autores do artigo foram Jennifer Hensel, um estudante de graduação no laboratório de Zhang, e Gongming Wang, um estudante de graduação no laboratório de Li.

p Os pesquisadores sintetizaram filmes finos de nanopartículas de dióxido de titânio, bem como arranjos de nanofios de dióxido de titânio alinhados verticalmente em uma película fina sobre um substrato. Os filmes de dióxido de titânio foram dopados com nitrogênio, e nanopartículas de seleneto de cádmio foram utilizadas para a sensibilização de pontos quânticos. Os materiais compostos nanoestruturados resultantes foram então usados ​​como fotoanodos em uma célula PEC para comparar seu desempenho em experimentos cuidadosamente controlados.

p Os resultados são uma importante demonstração do potencial para melhorar o desempenho das células fotoeletroquímicas, bem como células solares fotovoltaicas, usando materiais cuidadosamente projetados, Zhang disse. "O segredo é que combinar diferentes abordagens de maneira racional pode aumentar significativamente o desempenho, " ele disse.