Учеными из Калифорнийского университета в Санта Барбаре был разработан принципиально новый метод сбора энергии от Солнца. Несмотря на то, что метод пока находится на ранней стадии своего развития, исследование показало, что преобразование солнечного света в энергию с использованием металлов является более надежным, чем существующие технологии, работающие на полупроводниках.

«Это первая принципиально новая и потенциально осуществимая альтернатива полупроводниковым солнечным преобразовательным установкам, которые разрабатывались в течение последних 70 лет», – говорит Мартин Московиц, профессор химии в Калифорнийском университете.

В традиционных фотокаталитических процессах солнечный свет попадает на поверхность полупроводникового материала, одна сторона которого является зоной проводимости, а другая – зоной валентности. Фотон, попадая на поверхность, возбуждает электроны, заставляя их покинуть свои места в кристаллической решетке, при этом создавшиеся «дырки» заряжены положительно. В результате формируется поток заряженных частиц, который может быть использован для различных целей.

В технологии, разработанной Московицем и его командой, для формирования потока заряженных частиц используются не полупроводники, а наноструктурированные металлы, которые внешне представляют собой «лес» из наностержней, в данном случае, из золота.

Для проведения эксперимента золотые наностержни были покрыты слоем кристаллического диоксида титана и дополнительным слоем платиновых наночастиц. Нижняя часть наностержней, которая погружается в воду, была покрыта окисляющим катализатором на основе кобальта. Когда наноструктуры некоторых металлов подвергаются воздействию видимого света, электроны проводимости металла начинают колебаться более согласованно, поглощая при этом больше фотонов.

Этот тип возбуждения электронов называется поверхностным плазмоном.

Далее, некоторые из «горячих» электронов в этих плазмонных волнах проходят через фильтрующий слой кристаллического титана и захватываются слоем платины. Это вызывает реакцию, которая освобождает ионы водорода от химических связей в молекуле воды. Между тем, дырки, оставленные возбужденными электронами в наностержне, спускаются в его «основание» с покрытием из кобальта, где способствуют образованию кислорода.

По данным исследования, производство водорода четко прослеживается примерно через два часа. Кроме того, наностержни не подлежат фото-коррозии, что часто является причиной выхода из строя фото-устройств из полупроводниковых материалов.