(Phys.org) -- Veel organische verontreinigingen in de lucht en in drinkwater moeten in zeer lage concentraties worden gedetecteerd. Onderzoek gepubliceerd door het laboratorium van Prashant V. Kamat, de John A. Zahm Professor of Science aan de Universiteit van Notre Dame, kan nuttig zijn bij het opsporen van deze verontreinigingen.

Het Kamat-laboratorium gebruikt Surface-Enhanced Raman-spectroscopie om zilvernanodeeltjes te gebruiken om de gevoeligheidslimiet van chemische detectie te verhogen. Onderzoekers in deze studie hebben een halfgeleider-grafeen-metaalfilm gemaakt die duidelijke voordelen heeft:de absorptie van organische moleculen op het grafeenoppervlak van de film verhoogt de lokale verontreinigingsconcentratie naast zilveren nanodeeltjes.

De onderzoekers hebben het gebruik van grafeenoxidefilms onderzocht waarin de halfgeleider titaniumdioxide (TiO ₂ ) en metalen nanodeeltjes worden afgezet aan weerszijden van het grafeenoppervlak. "We werken momenteel aan de detectie van milieuverontreinigende stoffen op nog lagere niveaus, ', zegt Kamat. "Zorgvuldige controle van de metaalafmetingen en -belasting zal de sleutel zijn om strips te optimaliseren voor het testen van de waterkwaliteit."

Onder UV-verlichting, de elektronen van TiO2 worden opgevangen door de grafeenoxidefilm en over de film gependeld om metaalionen te reduceren tot metalen nanodeeltjes. Dit elektron-hoppingproces over de grafeenoxidefilm maakt het ontwerp mogelijk van een zij-gescheiden halfgeleider-metaal nanodeeltjesarchitectuur.

grafeen, een tweedimensionale kristallijne vorm van koolstof, staat bekend om zijn opmerkelijke mechanische sterkte, zeer hoge thermische en elektrische geleidbaarheid en een breed scala aan toepassingen. Hoewel de geleidende eigenschappen van grafeenplaten die op verschillende substraten zijn afgezet goed bekend zijn, de Kamat-groep heeft aangetoond dat het transport van elektronen niet beperkt is tot het 2D-vlak. Hier, het springen van elektronen van één kant van het grafeen zorgt voor de zijselectieve afzetting van zilveren nanodeeltjes.

“Een andere mogelijke toepassing ligt op het gebied van fotokatalytische opwekking van zonnebrandstoffen, " zegt Kamat. "Bijvoorbeeld met halfgeleider nanodeeltjes aan de ene kant van een grafeenplaat en een metaalkatalysator aan de andere kant, men kan een hybride assemblage maken die water selectief kan splitsen in zuurstof en waterstof.”