Сверхмалый квантовый полупроводниковый материал размером менее одного нанометра никогда ранее не использовался в качестве фотокатализатора.
Сцена представляет собой 3D-визуализированную концепцию автоматизированной сборки полупроводников.
студии луза
Корейские исследователи впервые в истории успешно произвели экологически чистый солнечный водород с использованием сверхмалого квантового полупроводникового нанокластера, который считается самым маленьким известным неорганическим полупроводниковым материалом.
Группа исследователей из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST), Университета Ханьян и Корейского университета, расположенных в Южной Корее, впервые в мире применила этот крошечный квантовый материал, состоящий всего из 26 атомов, в качестве стабильного и эффективного фотокатализатора в воде.
Сообщается, что нанокластер, состоящий из селенида кадмия ((CdSe)₁₃), бинарного, преимущественно ионного соединения, относящегося к полупроводникам группы II-VI, имеет размер менее одного нанометра и представляет собой новый рубеж в технологии полупроводников.
Доктор наук, профессор DGIST и ведущий автор исследования Дживунг Ян заявил, что, хотя такие материалы и показали себя многообещающими из-за своей высокой поверхностной реакционной способности, они долгое время оставались в стороне из-за своей крайней структурной нестабильности и плохих электрических свойств.
Использование полупроводников открывает новые горизонты
В ходе исследования Ян сотрудничал с доктором наук Юнджунгом Джаном, профессором кафедры химии Университета Ханьян, и доктором наук Стефаном Ринге, доцентом кафедры химии Корейского университета.
В попытке преодолеть ограничения материала исследовательская группа разработала самоорганизующуюся 3D-суперструктуру, в которой квантовые нанокластеры образуют стабильную взаимосвязанную сеть. Вводя поперечные связи между лигандами на поверхности кластеров, они сохранили уникальные свойства отдельных кластеров, предотвращая при этом деградацию в водных средах.
Кроме того, группа исследователей легировала кластеры ионами кобальта (Co²⁺), что значительно повысило их электропроводность и позволило эффективно производить фотокаталитический водород под воздействием солнечного излучения.
«Это исследование является первым в своем роде, демонстрирующим, что квантовый полупроводниковый нанокластер, известный как самая маленькая из существующих неорганических полупроводниковых структур, может использоваться в качестве фотокатализатора», — подчеркнул Ян в пресс-релизе.
«В будущем ожидается расширение возможностей не только в энергетике и окружающей среде, но и в квантовой науке», — продолжил он.
Будущие энергетические решения
По словам исследователей, эта инновация открывает путь к более широкому применению квантовых наноматериалов, включая разработку катализаторов следующего поколения и решений в области квантовой энергетики.
«Значимость заключается в том, что это первый случай, когда каталитический потенциал квантовых полупроводниковых нанокластеров, ранее никогда не применявшийся в экспериментах, был продемонстрирован как экспериментально, так и теоретически», — заявили ученые.
Они полагают, что благодаря преодолению структурных ограничений кластеров и использованию их уникальных электронных свойств инновация предлагает стратегию проектирования материалов, которая сочетает в себе функциональность и стабильность, создавая прочную основу для будущих исследований.
«Мы стремимся расширить сферу применения квантовых полупроводниковых нанокластерных материалов за пределы областей энергетики и охраны окружающей среды, включив в нее различные области, такие как квантовая наука, на основе стратегий, включающих легирование и структурную стабилизацию», — заключили исследователи в пресс-релизе.
Ученые показали, что для коммерциализации технологии им необходимо обеспечить долгосрочную стабильность в воде, улучшить долговечность катализатора и повысить производительность для соответствия практическим стандартам. Прорывное исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи и Корейским институтом развития технологий.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Sourse: interestingengineering.com
