Горячие электроны для более эффективного использования энергии

Горячие электроны обычно генерируются путем излучения определенной частоты света на тщательно спроектированную наноструктуру из металлов, таких как золото или серебро

1 712

Высокоэнергичные, «горячие» могут помочь солнечным панелям более эффективно собирать световую энергию.

Но ранее ученые не могли измерить энергии этих электронов, ограничив их использование. Теперь исследователи из Университета Пердью и Мичиганского университета разработали способ анализа этих энергий.

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи продемонстрировали, как метод, использующий сканирующий туннельный микроскоп, интегрированный с лазерами и другими оптическими компонентами, выявляет распределение энергии горячих электронов.

«Измерение распределения энергии означает определение количества электронов, доступных при определенном количестве энергии. Эта важнейшая часть информации отсутствовала для расширения использования горячих электронов», — говорят ученые.

Горячие обычно генерируются путем излучения определенной частоты света на тщательно спроектированную наноструктуру из металлов, таких как золото или серебро, возбуждая так называемые «поверхностные плазмоны». Считается, что плазмоны в конечном итоге отдают часть своей энергии электронам, делая их горячими.

Хотя температура горячих электронов может достигать 1000 градусов по Цельсию, именно их высокая энергия, а не температура материала, делает их полезными для энергетических технологий. В солнечных панелях энергия горячих электронов может быть более эффективно преобразована в электрическую энергию по сравнению с обычными подходами.

Горячие также могут повысить эффективность энергетических технологий, таких как топливные элементы на основе водорода в автомобилях, ускоряя химические реакции.

«В типичной химической реакции реактивы должны иметь достаточно энергии, чтобы пересечь порог для завершения реакции. Если у вас есть высокоэнергетические электроны, некоторые из них потеряют свою энергию для реагентов и толкнут их через этот порог, что ускорит химическую реакцию».

Исследователи потратили более 18 месяцев на разработку экспериментальной установки и еще 12 месяцев на измерение энергий горячих электронов.

Они построили систему, которая позволила обнаружить разницу в зарядовых токах, генерируемых при возбуждении плазмонов и без него. Эта разница в токах содержит важнейшую информацию, необходимую для определения распределения энергии горячих электронов в металлической наноструктуре.

Излучение лазерного луча на золотую пленку с крошечными гребнями возбуждает плазмоны в системе, генерируя горячие электроны.

Исследователи измеряли энергию электронов, проводя их через тщательно сконструированные молекулы в золотой электрод на кончике сканирующего туннельного микроскопа.

Новый метод может быть использован для расширения широкого спектра применений, связанных с энергетикой.


«Determining plasmonic hot-carrier energy distributions via single-molecule transport measurements» Science (2020). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abb3457

Подписаться
Уведомление о
guest
1 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Маргарита
Маргарита
Гость
1 год назад
1
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x