Los científicos convierten de manera eficiente las fluctuaciones de temperatura en energía limpia
sin embargo, el nuevo estudio desafió esta noción mediante el uso de fuentes de calor plasmónicas localizadas para calentar rápida y eficientemente el material pirocatalítico y permitir que se enfríe. Los resultados abren nuevas vías para la catálisis eficiente para aplicaciones biológicas, tratamiento de contaminantes y producción de energía limpia.
En detalle, la nueva estrategia combina materiales piroeléctricos y el efecto termoplasmónico localizado de nanomateriales de metales nobles.
Las nanoestructuras plasmónicas, que soportan la oscilación colectiva de electrones libres, pueden absorber la luz y convertirla rápidamente en calor. Su tamaño nanométrico permite cambios de temperatura rápidos pero eficientes en un volumen confinado, sin pérdida significativa de calor al medio circundante. Por lo tanto, el calor localizado generado por las nanoestructuras termoplasmónicas se puede ajustar y encender o apagar fácilmente mediante irradiación de luz externa en un intervalo de tiempo ultracorto.
En una serie de experimentos, el equipo seleccionó un material pirocatalítico típico, llamado nanopartículas de titanato de bario (BaTiO3). Las nanopartículas de BaTiO3 similares a corales han sido decorado con nanopartículas de oro como fuentes de calor plasmónico; Las nanopartículas de oro pueden convertir fotones directamente de un láser pulsado en calor.
Los resultados del experimento mostraron que nanopartículas de oro actuar como una fuente de calor localizada rápida, dinámica y controlable sin elevar la temperatura ambiente, lo que aumenta de manera destacada y efectiva la tasa de reacción pirocatalítica general de las nanopartículas de BaTiO3.
nanopartículas de oro
Con esta estrategia, el equipo logró una alta tasa de producción de hidrógeno pirocatalítico, lo que aceleró el desarrollo de aplicaciones prácticas de pirocatálisis.
Los nanorreactores piroeléctricos plasmónicos han demostrado una tasa de producción de hidrógeno pirocatalítica acelerada de aproximadamente 133,1 ± 4,4 µmol g-1 h-1 mediante calentamiento y enfriamiento termoplasmónico local bajo irradiación láser de nanosegundos a la longitud de onda de 532 nm.
Además, la tasa de repetición del láser de nanosegundos utilizado en el experimento fue de 10 Hz, lo que significó que se irradiaron 10 pulsos de luz sobre el catalizador por segundo para lograr 10 ciclos de calentamiento y enfriamiento. Esto implica que al aumentar la tasa de repetición de los pulsos láser, el rendimiento catalítico piroeléctrico podría mejorarse en el futuro.
El equipo de investigación cree que sus resultados ofrecieron un enfoque novedoso para mejorar la pirocatálisis mediante el diseño de un innovador sistema compuesto piroeléctrico con otros materiales fototérmicos. Estos avances sustanciales deberían hacer que la futura aplicación de la pirocatálisis en el tratamiento de contaminantes y producción de energía limpia más factible.
