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Wissenschaftler wandeln Temperaturschwankungen effizient in saubere Energie um

jedoch die neue Studie stellten diese Idee in Frage, indem sie lokalisierte plasmonische Wärmequellen verwendeten, um das Pyrokatalysatormaterial schnell und effizient zu erhitzen und zu kühlen. Die Ergebnisse eröffnen neue Wege für eine effiziente Katalyse für biologische Anwendungen, Schadstoffbehandlung und saubere Energieerzeugung.

Im Detail kombiniert die neue Strategie pyroelektrische Materialien und den lokalisierten thermoplasmonischen Effekt von Edelmetall-Nanomaterialien.

Die plasmonischen Nanostrukturen, die die kollektive Schwingung freier Elektronen unterstützen, können Licht absorbieren und schnell in Wärme umwandeln. Seine Größe im Nanomaßstab ermöglicht schnelle, aber effektive Temperaturänderungen innerhalb eines begrenzten Volumens ohne signifikanten Wärmeverlust an die Umgebung. Folglich kann die lokalisierte Wärme, die durch die thermoplasmonischen Nanostrukturen erzeugt wird, leicht verfeinert und durch externe Lichteinstrahlung innerhalb eines ultrakurzen Zeitintervalls ein- oder ausgeschaltet werden.

In einer Reihe von Experimenten wählte das Team ein typisches pyrokatalytisches Material namens Bariumtitanat (BaTiO3)-Nanopartikel aus. Die korallenähnlichen BaTiO3-Nanopartikel waren verziert mit Gold-Nanopartikeln als plasmonische Wärmequellen; Die Gold-Nanopartikel können die Photonen eines gepulsten Lasers direkt in Wärme umwandeln.

Das zeigten die Ergebnisse des Experiments Gold-Nanopartikel wirken als schnelle, dynamische und kontrollierbare lokalisierte Wärmequelle, ohne die Umgebungstemperatur zu erhöhen, was die pyrokatalytische Gesamtreaktionsrate von BaTiO3-Nanopartikeln stark und effizient erhöht.

Gold-Nanopartikel

Durch diese Strategie erreichte das Team eine hohe Produktionsrate von pyrokatalytischem Wasserstoff und beschleunigte die Entwicklung praktischer Anwendungen der Pyrokatalyse.

Die plasmonischen pyroelektrischen Nanoreaktoren zeigten eine beschleunigte pyrokatalytische Wasserstoffproduktionsrate von etwa 133,1 ± 4,4 µmol g-1 h-1 durch thermoplasmonische lokale Erwärmung und Abkühlung unter Bestrahlung mit einem Nanosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 532 nm.

Außerdem betrug die Repetitionsrate des im Experiment verwendeten Nanosekundenlasers 10 Hz, was bedeutete, dass 10 Lichtpulse pro Sekunde auf den Katalysator gestrahlt wurden, um 10 Heiz- und Kühlzyklen zu erreichen. Dies impliziert, dass durch Erhöhen der Wiederholungsrate des Laserpulses die pyroelektrische katalytische Leistung in Zukunft verbessert werden kann.

Das Forschungsteam glaubt, dass ihre Ergebnisse einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Pyrokatalyse durch die Entwicklung eines innovativen pyroelektrischen Verbundsystems unter Verwendung anderer photothermischer Materialien geliefert haben. Dieser erhebliche Fortschritt soll die zukünftige Anwendung der Pyrokatalyse bei der Behandlung von Schadstoffen ermöglichen Produktion von sauberer Energie machbarer.

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