Onderzoekers hebben voor het eerst een kwantumbegrensd bandgap-vernauwingsmechanisme gevonden waarbij de UV-absorptie van de grafeenquantumdots en TiO2-nanodeeltjes gemakkelijk kan worden uitgebreid tot het zichtbare lichtbereik.

Een dergelijk mechanisme kan het ontwerp mogelijk maken van een nieuwe klasse composietmaterialen voor lichtopbrengst en opto-elektronica.

Dr Qin Li, Universitair hoofddocent in het Environmental Engineering &Queensland Micro- en Nanotechnology Centre, zegt dat de echte toepassing hiervan hoogrenderende overschilderbare zonnecellen en waterzuivering met zonlicht zou zijn.

"Overal waar veel zon is, kunnen we op dit nanomateriaal borstelen om zonne-energie te oogsten om schoon water te creëren. " ze zegt.

"Dit mechanisme kan extreem belangrijk zijn voor lichte oogsten. Wat belangrijker is, is dat we een gemakkelijke manier hebben bedacht om dat te bereiken, om een ​​UV-absorberend materiaal te maken om een ​​zichtbaar lichtabsorbeerder te worden door de bandgap te verkleinen."

Zichtbaar licht maakt 43 procent uit van zonne-energie, vergeleken met slechts 5 procent van UV-licht.

Er zijn grote inspanningen geleverd om de absorptie van titania van zichtbaar licht te verbeteren of in het algemeen materialen te ontwikkelen die gevoelig zijn voor zichtbaar licht.

Methoden die worden gebruikt voor titania, inclusief metaalion doping, koolstof doping, dotering en hydrogenering van stikstof vereisen gewoonlijk strikte omstandigheden om het gemodificeerde Ti02 te verkrijgen, zoals verhoogde temperatuur of hoge druk.

In hun innovatieve paper gepubliceerd in Chemische communicatie , een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry, merkten de onderzoekers op dat wanneer TiO2-deeltjes worden gemengd met grafeen-kwantumdots, de resulterende composiet absorbeert zichtbaar licht door een kwantumbegrensde bandgap-vernauwingsmechanisme.

"We waren erg enthousiast om dit te ontdekken:toen twee UV-absorberende materialen, namelijk TiO2 en grafeen quantum dots, waren met elkaar vermengd, ze begonnen te absorberen in het zichtbare bereik, belangrijker, de bandgap kan worden afgestemd door de grootte van grafeen-kwantumdots, ’ zegt dokter Li.

"We noemden het fenomeen 'quantum-confined bandgap-vernauwing' en dit mechanisme is mogelijk van toepassing op alle halfgeleiders, wanneer ze zijn gekoppeld aan grafeen kwantumstippen. Flexibele afstemming van bandgap is uiterst wenselijk in op halfgeleiders gebaseerde apparaten."

Dit werk is geselecteerd om op de voorpagina van de omslag te verschijnen Chemische communicatie vandaag (14 juli). Het werk van het team aan het fluorescentiemechanisme van grafeenkwantumstippen is onlangs ook te zien geweest in nanoschaal .