Vědci prodloužili život horkých elektronů 25 000krát: Otevírá cestu k výrobě vodíku a paliv z CO2

Rostliny i moderní solární panely mají společnou nevýhodu: většinu vysoce energetického slunečního světla, které dopadne na jejich povrch, promění v neužitečné teplo.

Rostliny i moderní solární panely mají společnou nevýhodu: většinu vysoce energetického slunečního světla, které dopadne na jejich povrch, promění v neužitečné teplo. Tato energie se ztrácí v méně než biliontině sekundy, což výrazně omezuje účinnost přeměny sluneční energie – rostliny využijí jen asi 1 % a solární panely kolem 20 % dopadající energie.

Tým vědců z National Laboratory of the Rockies (NLR) však přišel s průlomovým řešením. Vyvinuli hybridní systém složený z polovodiče a katalyzátoru, který dokáže zachytit vysoce energetické sluneční světlo mnohem efektivněji. Klíčem k tomuto úspěchu je schopnost systému udržet vysoce energetické „horké elektrony“ aktivní 25 000krát déle než u standardního křemíku, konkrétně po dobu 5 nanosekund. Podle Nathana Neala, výzkumného pracovníka NLR a hlavního autora studie, tento objev posouvá hranice toho, kolik energie lze ze slunce získat.

Pro dosažení tohoto prodloužení životnosti elektronů vědci spojili křemíkový nanokrystal s molekulárním katalyzátorem pomocí specifického chemického můstku – ethylenpyridinové jednotky. Tato vazba manipuluje s povrchovou chemií a vytváří jedinečné elektronické prostředí. Zjištění ukázala, že tyto smíšené stavy umožňují horkým elektronům šířit se současně jak přes křemík, tak přes katalyzátor. Toto prostorové rozložení stabilizuje elektrony a zabraňuje rychlé ztrátě energie, která obvykle omezuje účinnost solární konverze.

Tento výzkum, publikovaný v časopise Journal of the American Chemical Society, dokazuje proveditelnost využití „horkých“ elektronů k pohonu vysoce energetických chemických procesů. V budoucnu by tato technika mohla umožnit efektivní štěpení vody na vodík, přeměnu oxidu uhličitého na uhlovodíková paliva a chemikálie, nebo syntézu hnojiv z atmosférického dusíku. To by nabídlo udržitelnou cestu pro průmyslovou výrobu a získávání energie.