Het gebruik van zonlicht om chemische reacties aan te drijven, zoals kunstmatige fotosynthese, zou binnenkort veel efficiënter kunnen worden dankzij nanomaterialen.

Dit is de conclusie van een onderzoek dat vandaag is gepubliceerd onder leiding van onderzoekers van het Department of Physics van het Imperial College London, die uiteindelijk zouden kunnen helpen bij het verbeteren van zonne-energietechnologieën en kunnen worden gebruikt voor nieuwe toepassingen, zoals het gebruik van zonlicht om schadelijke chemicaliën af te breken.

Zonlicht wordt gebruikt om veel chemische processen aan te drijven die anders niet zouden plaatsvinden. Bijvoorbeeld, kooldioxide en water reageren normaal gesproken niet, maar in het proces van fotosynthese, planten nemen deze twee chemicaliën en, zonlicht gebruiken, zuurstof en suiker produceren.

De efficiëntie van deze reactie is zeer hoog, wat betekent dat veel van de energie uit zonlicht wordt overgedragen aan de chemische reactie, maar tot nu toe zijn wetenschappers er niet in geslaagd dit proces na te bootsen in door de mens gemaakte kunstmatige apparaten.

Een reden is dat veel moleculen die chemische reacties met licht kunnen ondergaan, het licht zelf niet efficiënt absorberen. Ze vertrouwen op fotokatalysatoren - materialen die licht efficiënt absorberen en vervolgens de energie doorgeven aan de moleculen om reacties aan te sturen.

In de nieuwe studie onderzoekers hebben een kunstmatig fotokatalysatormateriaal onderzocht met behulp van nanodeeltjes en ontdekten hoe ze het efficiënter konden maken.

Dit kan leiden tot betere zonnepanelen, omdat de energie van de zon efficiënter kan worden geoogst. De fotokatalysator kan ook worden gebruikt om vloeibare of gasverontreinigende stoffen te vernietigen, zoals pesticiden in water, door zonlicht te benutten om reacties op gang te brengen die de chemicaliën afbreken in minder schadelijke vormen.

Hoofdauteur Dr. Emiliano Cortés van de afdeling Natuurkunde van Imperial, zei:"Deze bevinding opent nieuwe mogelijkheden voor het verhogen van de efficiëntie van het gebruik en de opslag van zonlicht in verschillende technologieën.

"Door deze materialen te gebruiken, kunnen we een revolutie teweegbrengen in onze huidige mogelijkheden voor het opslaan en gebruiken van zonlicht, met belangrijke implicaties voor energieconversie, evenals nieuwe toepassingen zoals het vernietigen van verontreinigende moleculen of gassen en het reinigen van water, onder andere."

Het materiaal dat het team onderzocht is gemaakt van metalen nanodeeltjes - deeltjes met een diameter van slechts een miljardste van een meter. Hun resultaten worden vandaag gepubliceerd in het Journal Natuurcommunicatie .

Het team, waaronder onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Duisburg-Essen in Duitsland onder leiding van professor Sebastian Schlücker en theoretici van het Rensselaer Polytechnic Institute en de Harvard University in de VS, toonde aan dat door licht geïnduceerde chemische reacties plaatsvinden in bepaalde gebieden boven het oppervlak van deze nanomaterialen.

Ze identificeerden welke gebieden van het nanomateriaal het meest geschikt zouden zijn om energie over te dragen aan chemische reacties, door de locaties van zeer kleine gouden nanodeeltjes (gebruikt als markers) op het oppervlak van het zilveren nanokatalytische materiaal te volgen.

Nu ze weten welke regio's verantwoordelijk zijn voor het proces van het oogsten van licht en het overbrengen ervan naar chemische reacties, het team hoopt het nanomateriaal te kunnen ontwikkelen om deze gebieden te vergroten en efficiënter te maken.

Hoofdonderzoeker professor Stefan Maier zei:"Dit is een krachtige demonstratie van hoe metalen nanostructuren, die we de afgelopen 10 jaar in mijn groep bij Imperial hebben onderzocht, blijven ons verrassen in hun vermogen om licht op nanoschaal te beheersen.

"De nieuwe bevinding die is ontdekt door Dr. Cortés en zijn medewerkers in Duitsland en de VS opent nieuwe mogelijkheden voor dit veld op het gebied van fotokatalyse en nanochemie."