Een team van de Hong Kong Polytechnic University (PolyU) ontwikkelde een nieuwe nanostructuur ingebed in een halfgeleider nanovezel die resulteert in een uitstekende geleidbaarheid. Het nanocomposiet pakt een belangrijke remmer van geleidbaarheid aan, met het potentieel om een ​​breed scala aan toepassingen te verbeteren, van batterijen en zonnecellen, tot luchtzuiveringsapparatuur.

Hoewel halfgeleiders veel worden gebruikt, hun effectiviteit is beperkt door het natuurlijke proces van foto-gegenereerde elektronen bij het recombineren met 'gaten', of potentiële elektron rustplekken. Dit vermindert de bewegende stroom van elektronen gegenereerd door licht of externe kracht en, als gevolg, vermindert de efficiëntie van het apparaat. PolyU's Department of Mechanical Engineering ontwierp een composiet nanovezel die in wezen een speciale supersnelweg biedt voor elektronentransport zodra ze zijn gegenereerd, elimineren van het probleem van elektron-gat-recombinatie.

De innovatie werd bekroond met de gouden medaille met felicitaties van de jury op de 45e internationale tentoonstelling van uitvindingen van Genève in 2017.

Het team vermeed recombinatie door een zeer geleidende nanostructuur gemaakt van koolstofnanobuisjes en grafeen in een titaniumdioxide (TiO ₂ ) composiet nanovezel. De elektronen en ladingen kunnen efficiënt worden getransporteerd in de grafeenkern zodra ze worden gegenereerd, alvorens te recombineren met de 'gaten' in de nanovezel. Onder leiding van Wallace Leung, het team heeft de effectiviteit van het nanocomposiet getest in zonnecellen en fotokatalysatoren voor luchtzuivering.

Ze hebben het nanocomposiet ingebed in de TiO ₂ component van met kleurstof gesensibiliseerde en op perovskiet gebaseerde zonnecellen, die worden onderzocht als alternatief voor conventionele zonnecellen op basis van silicium. Het nanocomposiet verhoogde de energieconversiepercentages van de zonnecellen met 40 procent tot 66 procent.

TiO ₂ nanodeeltjes zijn het meest gebruikte fotokatalysatormateriaal in commercieel verkrijgbare luchtzuiverings- of desinfectieapparaten. Echter, TiO ₂ kan alleen worden geactiveerd door ultraviolet licht, waardoor het veel minder effectief binnenshuis is. Het is ook niet effectief bij het omzetten van stikstofmonoxide (NO) in stikstofdioxide (NO ₂ ), tegen een tarief van minder dan 10 procent.

Toen de nanostructuur van PolyU werd ingebed in een fotokatalysator, het zorgde voor een grafeensnelweg voor elektronen om sneller te transporteren om super-anionen te genereren om geabsorbeerde verontreinigende stoffen te oxideren, bacteriën en virussen. De grafeenkern verhoogde ook aanzienlijk het blootgestelde oppervlak voor lichtabsorptie en het opsluiten van schadelijke moleculen. Het oogstte ook meer lichtenergie over alle golflengten. De halfgeleider nanovezel zette ongeveer 70 procent van NO om in NO ₂ , zeven keer meer dan gewone TiO ₂ nanodeeltjes.

Ze testten ook hoe goed hun nanostructuur formaldehyde afbreekt, een vervelende vluchtige organische verbinding die vaak wordt aangetroffen in nieuwe of gerenoveerde gebouwen en nieuwe auto's. PolyU's ingesloten grafeen-fotokatalysator was opnieuw in staat om drie keer meer formaldehyde af te breken dan TiO ₂ nanodeeltjes zonder de toegevoegde nanostructuur.

Het nieuwe nanocomposiet heeft een breed scala aan andere potentiële toepassingen, zoals waterstofproductie door watersplitsing, biologisch-chemische sensoren met verbeterde snelheid en gevoeligheid, en lithiumbatterijen met een lagere impedantie en meer opslag.