铅笔纳米点加快太阳能电池的研究
“铅笔纳米点”,一种直径小于5nm的碳纳米点,已经由中国,、澳大利亚和新加坡的研究人员从石墨铅笔中的铅材料提取出来了。这些纳米点可以非常简单和便宜的制造石墨铅笔电极去电解氢氧化钠溶液。这些纳米点有着光子稳定和永久无毒性,他们可以被用作扩大太阳能电池的材料。
介孔材料,一种天然或着合成的拥有2nm至50nm直径的的多空孔材料,已经被用来制造催化剂,、传感装置或者光电子器件。他们能够吸收一系列不同的纳米颗粒,因此,它们有潜力调整光电材料的特性。一种生产这些材料的有效方式是直接的用一个模板去同时组装寄主颗粒和宿主材料结构,然后移去模板。但是,宿主材料结构通常是由较弱的非共价键维持,因此加入大于10nm的颗粒会毁坏这种结构。
在这个工作当中,莫纳什大学的CordeliaSelomuLya和他的在上海和新加坡的同事用常规的铅笔制造出了直径为3nm的纳米颗粒。铅笔的石墨被同时用作电化学器件的正极和负极,同时运用醇性氢氧化钠作为电解质溶液。溶液中的自由根离子能够剥落由在负极由羧基和氢氧基包裹的3nm铅笔纳米点。然后,研究者用高分子模板来构建由不同材料例如钛或者二氧化硅制成的介孔材料。由于点和结构之间氢键的作用,纳米点能够稳定的存在于孔中。
太阳光激发二氧化钛所产生的电流能提高36%,在加入这种纳米颗粒以后,这证明这种材料可以增强太阳能功率。更多地,铅笔铅中固有的孔性使它们易于参杂。氮参杂的纳米点,可以由在三聚氰胺中用铅笔铅来吸收制取。氮参杂的纳米点加入二氧化钛中的表现甚至要比普通的纳米点表现得更好,可以提高电流183%。使用不同的前体材料,研究者在纳米点中参掺杂了硼,、磷和硫,它们都显示了不同的光学特性。
研究者目前正在探测这些纳米点在其它领域的运用,例如生物制药。“一个初步的研究预示着它们对生物组织和细胞有着无毒性,”Selomulya说到,“但是我们要对其进行更多地研究。”
肯特州立大学的MietekJaroniec说到:“这项工作对纳米材料有着有趣和重要的贡献。它展示了一种简单的,可行的方式去从铅笔中石墨提取石墨纳米点得方式,通过与其它介孔材料的结合,它们能被用作光学材料或者其他的高端应用。
从铅笔中提取的纳米颗粒有着多孔性,它们可以被氮或者其他原子参杂,从而提高它们光电流强化的特性。
新材料在线编译整理——翻译:王昊天 校正:摩天轮
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