نانوبلورهای تیتانیای سیاه نور را بهتر جذب می‌کنند

محققان در آمریکا برای ایجاد نقایصی در ساختار نانوبلورهای دی‌اکسید تیتانیوم از فرآیند هیدروژناسیون استفاده کرده‌اند. ایجاد این نقایص منجر به افزایش جذب نور خورشید توسط این نانوبلورها شده است. این محققان امید دارند که تیتانیای سیاه تولید شده را بتوانند برای تولید پیل هیدروژنی ارزان استفاده کنند.

محققان در آمریکا برای ایجاد نقایصی در
ساختار نانوبلورهای دی‌اکسید تیتانیوم از فرآیند هیدروژناسیون استفاده کرده‌اند.
ایجاد این نقایص منجر به افزایش جذب نور خورشید توسط این نانوبلورها شده
است. این محققان امید دارند که تیتانیای سیاه تولید شده را بتوانند برای
تولید پیل هیدروژنی ارزان استفاده کنند.

نانوبلورهای تیتانیا نیمه‌رساناهای شناخته شده‌ای هستند که می‌توانند واکنش‌های
توان گیرنده از نور خورشید از قبیل تجزیه آب را کاتالیز کنند. با این حال،
تیتانیا بطور عمده بخش UV طیف نور خورشید را جذب می‌کند، بنابراین
دانشمندان امید دارند که کم کردن باندگپ این ماده (گپ انرژی بین باندهای
هدایت و ظرفیت)، آن را قادر کند که بخش نور مرئی و مادون‌قرمز را نیز جذب
کند.
 

نانوذرات تیتانیای سیاه اصلاح شده و سفید اصلاح نشده.
دانشمندان قبلاً با دوپ‌کردن تیتانیا با
اتم‌های فلزی و غیرفلزی، یا با وارد کردن نقایص ذاتی در بلورهای تیتانیا،
باندگپ را کاهش داده‌اند. اگرچه این روش‌ها منجر به این می‌شوند که این
ماده (نانوذرات تیتانیای قهوه‌ای تیره ایجاد می‌شود) بخشی از نور مرئی را
جذب کند، اما هنوز تیتانیای اصلاح شده با این روش‌ها نور مادون‌قرمز را جذب
نمی‌کند.

اکنون ساموئل ماو، پیتر یو و همکاران‌شان در دانشگاه کالیفرنیا برای ایجاد
شکل سیاه رنگی از نانوذرات تیتانیا که نور در بخش‌های UV، مادون‌قرمز و
مرئی طیف نور خورشید را جذب می‌کنند؛ از هیدروژناسیون استفاده کرده‌اند.
آنها متوجه شدند که این فرآیند هیدروژناسیون تخریب‌هایی در لایه سطحی این
نانوبلورها ایجاد می‌کند. آنها بر اساس محاسبات‌شان می‌گویند که
هیدروژناسیون پیوندهای اکسیژن و تیتانیوم شکسته شده را حذف می‌کند و در
نتیجه کمپلکس‌هایی تشکیل می‌شود که برای جذب نور مادون‌قرمز باندگپ را کاهش
می‌دهند.

یو می‌گوید: ما در نهایت موفق به ساخت نانوبلورهای تیتانیایی شده‌ایم که
سیاه‌رنگ هستند. در واقع، لایه‌ی تیتانیای سیاه‌رنگ روی سطح تیتانیای
نسبتاً کامل می‌باشد، بنابراین این لایه سطحی نور مرئی و مادون‌قرمز را جذب
خواهد کرد، در حالی که مرکز این نانوذرات هنوز نور UV را جذب می‌کند.

این محققان توضیح می‌دهند که این تیتانیای سیاه‌رنگ توانست خیلی بهتر از
تیتانیای نانوفاز نرمال، تجزیه نوری مولکول‌های آلی را کاتالیز کند. آنها
همچنین متوجه شدند که این اصلاح توانایی تیتانیا را برای کاتالیز تجزیه آب
به هیدروژن و اکسیژن تحت نور خورشید، به طور قابل‌توجهی بهبود داده است. ما
توضیح می‌دهد: این تیتانیای سیاه در مقایسه با تیتانیای مرسوم و دیگر مواد
اکسیدی، راندمان بسیار بالاتری تحت همان شرایط نشان می‌دهد.

این محققان جزئیات نتایج تحقیق خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.