Novos materiais permitirão novas tecnologias para transformar a luz solar em eletricidade e combustíveis. Combinações de moléculas e pequenas nanopartículas tornam esses materiais uma realidade. As moléculas desses materiais são muito boas em absorver a luz solar e doar elétrons para as nanopartículas. As nanopartículas então movem os elétrons e catalisam as reações que produzem o combustível. No entanto, esse processo nem sempre funciona como os pesquisadores esperam. Agora, os cientistas descobriram uma maneira de rastrear os elétrons ao longo de sua viagem de ida e volta das moléculas para as nanopartículas e vice-versa. Os pesquisadores podem medir onde os elétrons podem viajar facilmente e se, onde, quando e por que eles ficam presos. Esta informação é crucial para encontrar melhores combinações para materiais inovadores.
O estudo, publicado no The Journal of Physical Chemistry Letters , demonstra uma nova ferramenta experimental que pode seguir elétrons viajando entre moléculas e nanopartículas que convertem a luz solar em eletricidade ou combustíveis. Acontece que um material de nanopartículas muito comum, o óxido de zinco, primeiro bloqueia os elétrons por um tempo. O material então permite que os elétrons se movam apenas na superfície das nanopartículas. Isso torna provável que as cargas possam se perder ou danificar o material de nanopartículas. Idealmente, as cargas devem viajar sem pausa e diretamente pelas nanopartículas. A capacidade de revelar esses gargalos para a viagem de elétrons ajudará os pesquisadores a projetar melhores materiais para transformar a luz solar em outras formas de energia.

Para transformar a luz solar em eletricidade ou combustível, um material deve absorver a luz e direcionar a energia da luz para os elétrons. Em seguida, os elétrons devem se mover para formar uma corrente ou permitir reações químicas. Uma maneira de realizar as duas etapas é usar moléculas que são muito boas em captar a luz do sol e anexá-las a substratos que são muito bons em mover elétrons. Os pesquisadores já sabiam que os elétrons poderiam se mover dentro do material óxido de zinco com muito mais facilidade do que em muitos outros materiais. Apesar disso, eletrodos feitos de óxido de zinco não funcionariam tão bem quanto eletrodos feitos de outros materiais. O que está acontecendo?

Usando uma técnica chamada espectroscopia de fotoelétrons de raios-X resolvida no tempo na Fonte de Luz Avançada, uma instalação do usuário do Departamento de Energia (DOE) do Escritório de Ciências, os pesquisadores agora podem seguir o caminho dos elétrons das moléculas para os substratos e vice-versa. . Eles descobriram que os elétrons ficam presos por muito tempo entre as moléculas e o óxido de zinco. Quando os elétrons finalmente fazem o salto, o material continua empurrando-os em direção à superfície do substrato. Lá, os elétrons ficam presos mais facilmente do que se fossem capazes de viajar direto através do substrato. Este estudo ajuda a explicar por que os substratos de óxido de zinco não funcionam tão bem quanto o esperado. Ele também fornece um novo esquema de teste para materiais futuros. + Explorar mais

O corante orgânico na camada intermediária de óxido de zinco estabiliza e aumenta o desempenho das células solares orgânicas