Один из способов получения чистой воды — нагревать грязную воду, пока она не превратится в пар. Когда пар поднимается, он оставляет после себя более тяжелые загрязнения и может собираться и охлаждаться, обеспечивая чистую воду. Существует много способов нагрева воды, одним из которых является использование светопоглощающих материалов на границе раздела воздух / вода для сбора солнечного света и преобразования света в тепло. Этот метод очень энергоэффективен, потому что вся поглощенная солнечная энергия используется для нагрева воды у поверхности, а не для нагрева всего тела воды.

Теперь в новом исследовании, опубликованном в Nano Letters , команда исследователей во главе с Моженом Вангом из Университета науки и технологий Китая и Ядонг Инь из Университета Калифорнии в Риверсайде продемонстрировала метод, который значительно повышает эффективность генерации солнечного пара с использованием светопоглощающие плазмонные металлические наноструктуры.

Плазмонные металлические наноструктуры являются популярным новым материалом для многих применений фотоники, включая солнечные элементы и оптическую визуализацию, поскольку они взаимодействуют со светом уникальными способами и могут быть сконструированы для демонстрации желаемых свойств. Например, для производства солнечного пара их можно модифицировать, чтобы они обладали высоким поглощением света и низкими свойствами рассеяния.

Однако одно ограничение заключается в том, что плазмонные наноструктуры имеют узкую резонансную полосу и поэтому могут поглощать только небольшую часть солнечного спектра. В новом исследовании основным результатом исследователей было значительное расширение узкой резонансной полосы плазмонных наночастиц серебра.

«Мы продемонстрировали, что наноструктуры металлов могут быть сконструированы химическим синтезом, чтобы стать очень эффективными в преобразовании света широкого спектра в тепло, обеспечивая эффективную генерацию солнечного пара», — сказал Инь Phys.org .

Улучшение основано на концепции, называемой плазмонной связью. Когда две плазмонные наночастицы сближаются, их резонансные моды гибридизуются, что расширяет их объединенную резонансную полосу и позволяет им поглощать свет в более широком диапазоне частот.

Хотя этот метод был опробован ранее, он привел лишь к небольшим улучшениям в расширении спектра. В новом исследовании исследователи значительно повысили производительность, используя ограниченный метод выращивания с семенами, чтобы убедиться, что большее количество наночастиц достаточно близко друг к другу, чтобы испытать эффект. В методе выращивания с затравкой семена закрепляются на внутренней поверхности полимерных наноразмерных оболочек в случайном порядке, так что, когда семена превращаются в плазмонные наночастицы, они срастаются друг с другом. Этот метод обеспечивает высокую плотность наночастиц, которые выигрывают от ограничения пространства и демонстрируют широкополосное поглощение света.

Исследователи подсчитали, что новый метод может достичь эффективности генерации солнечного пара до 95%, что является одним из самых высоких КПД на сегодняшний день. В тестах с естественным солнечным светом наночастицы достигли эффективности 68%. Исследователи планируют дальнейшее улучшение наноструктур в будущем.

«Наш ближайший следующий шаг — разработка черных наноструктур с использованием не относящихся к предыдущему металлов, таких как медь и алюминий», — сказал Инь. «Цель состоит в том, чтобы снизить производственные затраты и сделать эффективное производство солнечного пара более экономически выгодным для широкомасштабного использования».