Способен поглощать свет: российские учёные разработали новый материал для оптоэлектроники и возобновляемой энергетики

Российские учёные разработали новый метод создания материалов с высокой фотокаталитической активностью. За основу исследователи взяли плёнку из дисульфида молибдена, обладающую полупроводниковыми свойствами, и эффективный катализатор — серебро. Учёные разработали способ соединения двух веществ с помощью лазерной обработки. В результате они получили комбинированный материал, фотокаталитическая активность которого близка к 100%. В будущем такие материалы могут применяться в оптоэлектронике и возобновляемой энергетике.

• Gettyimages.ru
• © Yellow Dog Productions

Учёные Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета разработали новый метод создания материалов с высокой фотокаталитической активностью. В перспективе они могут найти применение в оптоэлектронике и возобновляемой энергетике. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России. Исследование поддержано программой Минобрнауки «Приоритет 2030». Результаты опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.

За основу авторы работы взяли плёнку из дисульфида молибдена (MoS2) — двумерного кристаллического соединения, которое по своей структуре похоже на графит и раньше использовалось в качестве смазки в авиации и других технических областях. Однако в последнее время дисульфид молибдена рассматривается как перспективный материал для электроники, поскольку обладает свойствами полупроводника, а также в возобновляемой энергетике, так как способен поглощать свет в широком диапазоне солнечного спектра.

Чтобы процесс преобразования энергии в химические соединения начался, необходимо также соединение-фотокатализатор. В этой роли может выступать серебро, которое обладает сильными каталитическими свойствами, отмечают исследователи.

• Gettyimages.ru
• © serts

Авторы исследования разработали новый способ соединения дисульфида молибдена с серебром и получили материал с улучшенными фотокаталитическими свойствами.

На первом этапе химики обработали поверхность дисульфида молибдена лазером, а затем погрузили материал в раствор нитрата серебра. Серебро осело на обработанных лазером участках уже в виде наночастиц, отмечают учёные. Как пояснили авторы, облучение лазером привело к образованию на поверхности дисульфида молибдена дефектов.

«Они (дефекты), образовавшиеся в результате облучения лазером, имеют более высокую химическую активность, чем стабильная кристаллическая структура, и позволяют восстановить наночастицы серебра без внешних стимулов, таких как фотоны или химические восстановители. Данный процесс не происходит для необлучённого MoS2», — пояснил в беседе с RT инженер Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Чан Туан Хоанг.

Учёные установили, что для исследуемой модели фотокаталитическая активность полученного комбинированного материала близка к 100%. Для сравнения: у серебра этот показатель составляет 35%, притом что оно считается весьма эффективным катализатором.

Авторы исследования изучили механизм образования дефектов под воздействием лазера и выяснили, что этот процесс во многом зависит от температуры.

«Поэтому на локальную температуру, а значит, и на результат обработки сильно влияет выбор подложки, на которой размещён слой дисульфида молибдена. Полученные результаты открывают новый способ управления его химической активностью», — добавил руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Рауль Родригес.    

Созданный в рамках исследования материал может найти применение не только в энергетике, но и в оптоэлектронике и при разработке высокопроизводительных 2D-полупроводников. Авторы исследования намерены протестировать новую методику лазерной обработки на других комбинациях перспективных двумерных материалов, таких как диселенид молибдена, двумерный нитрид бора с разными металлами.

Источник