注入铜的纳米晶体彻底改变了红外光转换

　　系统的铜掺杂促进了钨酸纳米晶体的全太阳能利用。

　　(左)单掺杂铜的钨酸纳米晶体;(右)纳米晶体的原子分辨率图像。(图片来源:Melbert Jeem)

　　阳光是取之不尽的能源，利用阳光发电是可再生能源的基石之一。地球上超过40%的阳光是红外线、可见光和紫外线光谱;然而，目前的太阳能技术主要利用可见光和紫外线。利用太阳辐射全光谱的技术——被称为全太阳能利用——仍处于起步阶段。

　　北海道大学的一组研究人员，由工程学院的助理教授Melbert Jeem和Seiichi Watanabe教授领导，合成了掺杂铜的钨酸基材料，显示出全太阳能利用。他们的研究结果发表在《先进材料》杂志上。

　　Jeem解释说:“目前，太阳辐射的近红外和中红外光谱，范围从800纳米到2500纳米，没有被用于发电。”“钨酸是开发纳米材料的候选材料，可以潜在地利用这种光谱，因为它具有具有吸收这些波长的缺陷的晶体结构。”

　　该团队使用了他们之前开发的一种光制造技术，即浸没光合成晶体，来合成掺杂不同浓度铜的钨酸纳米晶体。分析了这些纳米晶体的结构和吸光性能;测定了它们的光热特性、光辅助水分蒸发特性和光电化学特性。

　　总结了钨酸晶体从紫外光到红外光的相对吸收特性。1、5和10是导致纳米晶体光临界的铜浓度。(Melbert Jeem等)先进的材料。2023年7月29日)

　　掺杂铜的氧化钨纳米晶体吸收光谱上的光，从紫外线到可见光再到红外光;当铜掺杂量为1%时，红外光吸收量最大。1%和5%掺杂铜的纳米晶体表现出最高的温度升高(光热特性);1%铜掺杂晶体也表现出最大的水分蒸发效率，约为1.0 kg / m2 /小时。对1%掺铜纳米晶体的结构分析表明，铜离子可能会扭曲氧化钨的晶体结构，导致光被吸收时所观察到的特征。

　　Watanabe总结道:“我们的发现标志着纳米晶体设计的重大进步，这种纳米晶体既能合成又能利用全太阳能。”“我们已经证明，铜掺杂通过全太阳能利用赋予钨酸纳米晶体各种特性。这为该领域的进一步研究和应用开发提供了一个框架。”

　　原文:

　　Melbert Jeem等人。用于全太阳能利用的缺陷驱动光临界相位调谐。先进的材料。2023年7月29日。

　　DOI: 10.1002 / adma.202305494

　　资助:

　　这项工作得到了日本科学促进协会(JSPS) KAKENHI (20H00295, 21K04823)的支持。这项工作部分是通过北海道大学信息创新中心的超级计算机系统完成的。这项工作是在北海道大学进行的，得到了日本教育、文化、体育、科学和技术部(MEXT)的日本材料和纳米技术先进研究基础设施(ARIM)的支持。