Com o crescimento da população global, haverá um aumento no consumo de energia, e formas sustentáveis ​​de fontes de energia, como combustíveis e eletricidade solar, terão uma demanda ainda maior. E à medida que essas formas de poder proliferam, o foco mudará para uma maior eficiência.

Fotoeletrodos e fotovoltaicos, como painéis solares, muitas vezes apresentam filmes finos de silício ou outro material semicondutor nanoestruturado, e essas estruturas incluem nanopartículas através das quais a corrente gerada pela luz solar deve passar. Embora a composição das nanopartículas ofereça muitos benefícios, incluindo grandes proporções de superfície para volume, tem uma desvantagem significativa.

A corrente elétrica que passa de uma partícula para outra sofre uma perda de potência; se a corrente passa por um número suficiente dessas interfaces partícula-partícula, a perda total pode tornar o dispositivo inútil. Mas ninguém foi capaz de determinar quanta energia é perdida conforme a corrente vai de uma nanopartícula para outra - até agora.

Um grupo liderado por Peng Chen, o Peter J.W. Professor Debye no Departamento de Química e Biologia Química em Cornell, determinou que a fotocorrente perde aproximadamente 20 por cento de sua potência ao passar pela interface. Assim, o grupo afirmou, a corrente que passa por 11 dessas interfaces seria reduzida a apenas 10 por cento de sua potência original.

"Acreditamos que isso fornecerá uma referência para as pessoas que usam nanomateriais para projetar esses tipos de dispositivos, "disse Chen, autor sênior de "Quantificação da perda de corrente de uma única partícula-partícula em fotoeletrodos nanoestruturados."

O relatório foi publicado em 7 de janeiro em Nano Letras , uma publicação da American Chemical Society. Outros autores incluíram ex-associados de pós-doutorado Mahdi Hesari e Justin Sambur, atual pós-doutorado Xianwen Mao e Won Jung, Ph.D. '18, todos do Grupo Chen.

Para realizar este cálculo experimental, Peng e seu grupo usaram uma célula microfluídica, com três eletrodos em uma solução eletrolítica aquosa. Um dos eletrodos era feito de tiras de óxido de índio e estanho (ITO); sobre ou próximo a ele foram colocados nanobastões de óxido de titânio, cujas propriedades fotoeletroquímicas o grupo já havia examinado.

O grupo experimentou várias configurações de partículas diferentes, e focalizou um feixe de laser em um ponto logo após (pontos Tipo-A) ou logo antes (pontos Tipo-B) da interface onde dois nanobastões se tocaram. O laser atingindo os pontos do Tipo B enviou a carga fotoelétrica através da interface partícula-partícula.

Tomando dezenas de medições de ambos os tipos de comportamentos fotoeletroquímicos, o grupo observou perdas de energia em torno de 20%.

Embora Chen e seu grupo tenham agora chegado a um número sólido para calcular a perda de energia em nanomateriais, eles ainda não sabem por que isso acontece. Eles descartaram fatores que dependem da força da corrente.

"Ainda não entendemos o mecanismo molecular subjacente que leva a essa perda de 20 por cento, "disse ele." Isso é algo que planejamos buscar no futuro, e exigirá que essencialmente manipulemos ativamente a interface, manipular a natureza química da interface, e reformular nossas medições. "