Nieuwe materialen zullen nieuwe technologieën mogelijk maken om zonlicht om te zetten in elektriciteit en brandstoffen. Combinaties van moleculen en minuscule nanodeeltjes maken deze materialen werkelijkheid. De moleculen in deze materialen zijn erg goed in het absorberen van zonlicht en het doneren van elektronen aan de nanodeeltjes. De nanodeeltjes verplaatsen vervolgens de elektronen en katalyseren reacties die de brandstof produceren. Dit proces werkt echter niet altijd zoals onderzoekers hopen. Nu hebben wetenschappers een manier gevonden om elektronen te volgen tijdens hun rondreis van de moleculen naar de nanodeeltjes en terug. Onderzoekers kunnen meten waar de elektronen gemakkelijk kunnen reizen en of, waar, wanneer en waarom ze vast komen te zitten. Deze informatie is cruciaal om betere combinaties voor innovatieve materialen te vinden.

De studie, gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letters , demonstreert een nieuw experimenteel hulpmiddel dat elektronen kan volgen die reizen tussen moleculen en nanodeeltjes die zonlicht omzetten in elektriciteit of brandstoffen. Het blijkt dat een veel voorkomend nanodeeltjesmateriaal, zinkoxide, de elektronen eerst een tijdje blokkeert. Het materiaal laat de elektronen dan alleen langs het oppervlak van de nanodeeltjes bewegen. Hierdoor is de kans groot dat de ladingen verloren kunnen gaan of het materiaal van de nanodeeltjes kunnen beschadigen. Idealiter zouden ladingen zonder pauze en dwars door de nanodeeltjes moeten reizen. Het vermogen om deze knelpunten voor elektronenreizen aan het licht te brengen, zal onderzoekers helpen betere materialen te ontwerpen om zonlicht om te zetten in andere vormen van energie.

Om zonlicht om te zetten in elektriciteit of brandstof, moet een materiaal het licht absorberen en de lichtenergie naar elektronen sturen. Vervolgens moeten de elektronen bewegen om een ​​stroom te vormen of chemische reacties mogelijk te maken. Een manier om beide stappen te bereiken, is door moleculen te gebruiken die heel goed zonlicht opvangen en ze te hechten aan substraten die heel goed elektronen kunnen verplaatsen. Onderzoekers wisten eerder dat elektronen veel gemakkelijker in het materiaal zinkoxide konden bewegen dan in veel andere materialen. Ondanks dit feit zouden elektroden gemaakt van zinkoxide niet zo goed werken als elektroden gemaakt van andere materialen. Wat is er aan de hand?

Met behulp van een techniek die in de tijd opgeloste röntgenfoto-elektronspectroscopie wordt genoemd bij de Advanced Light Source, een Department of Energy (DOE) Office of Science-gebruikersfaciliteit, kunnen onderzoekers nu het pad van de elektronen volgen van de moleculen naar de substraten en terug . Ze ontdekten dat de elektronen lange tijd vastzitten tussen de moleculen en het zinkoxide. Wanneer de elektronen uiteindelijk de sprong maken, blijft het materiaal ze naar het substraatoppervlak duwen. Daar komen de elektronen gemakkelijker vast te zitten dan wanneer ze dwars door de substraatmassa zouden kunnen reizen. Deze studie helpt verklaren waarom zinkoxidesubstraten niet zo goed werken als gehoopt. Het biedt ook een nieuw testschema voor toekomstige materialen. + Verder verkennen

Organische kleurstof in zinkoxide tussenlaag stabiliseert en verhoogt de prestaties van organische zonnecellen