p Os cientistas do A * STAR criaram um 'guia do prospector' para ajudar os pesquisadores a localizar os melhores nanofios de germânio-silício para catalisar importantes reações de energia limpa. p Usando a luz do sol para dividir a água em seus elementos constituintes, ou para converter dióxido de carbono em monóxido de carbono ou hidrocarbonetos, estão entre os métodos mais viáveis ​​para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Para realizar seu potencial, ambas as reações de energia limpa requerem catalisadores.

p O silício é vantajoso porque suas propriedades são bem estudadas e é um material abundante, mas o 'intervalo de banda' entre suas bandas de condução e valência é muito estreito para catalisar efetivamente essas reações. Essa deficiência pode ser superada de duas maneiras:por 'nanodimensionamento' do silício ou por experimentos com diferentes ligas de silício.

p Agora, Teck Leong Tan e Man-Fai Ng do A * STAR Institute of High Performance Computing usaram simulações de computador para explorar o efeito da variação do diâmetro dos nanofios de germânio-silício e também a razão de silício para germânio nas propriedades catalíticas da liga .

p Explicando o objetivo do estudo, Tan diz, "pensamos que, variando o diâmetro do nanofio e a composição da liga, poderíamos gerar um espaço de projeto maior para a engenharia de um material com o gap ideal e estruturas de banda para fotocatalisar reações de energia limpa, como divisão solar da água e redução de dióxido de carbono. "

p A dupla combinou três métodos computacionais estabelecidos para realizar seus cálculos:teoria do funcional da densidade, expansão de cluster e simulações de Monte Carlo. Embora esta combinação de técnicas tenha sido usada antes, os pesquisadores descobriram uma correlação simples que lhes permitiu prever os intervalos de banda com precisão usando métodos computacionais mais simples. Isso reduziu consideravelmente o custo computacional, permitindo que mais nanoestruturas de liga sejam filtradas do que o normal.

p Os resultados indicam que os nanofios de germânio-silício com diâmetros de três nanômetros ou menores são fotocatalisadores adequados para separação de água e redução de dióxido de carbono. Seus cálculos também prevêem que os nanofios com estruturas núcleo-casca assimétricas (veja a imagem) serão mais eficazes do que aqueles com estruturas simétricas convencionais. Finalmente, nanofios com diâmetros entre 2 e 3 nanômetros devem ter lacunas de banda que são bem combinadas com o espectro da luz solar, tornando-os colheitadeiras de luz eficazes.

p De acordo com Tan, isso demonstra que "a combinação das três técnicas fornece uma metodologia poderosa para a triagem de alto rendimento de nanoestruturas de liga para propriedades desejáveis. Ela pode ser adaptada a outras aplicações para acelerar a descoberta de novos materiais."

p Os dois cientistas estão ansiosos para colaborar com experimentalistas para confirmar as previsões geradas por seus cálculos. Eles também pretendem aplicar a técnica a outras ligas de nanofios semicondutores promissoras.