Nanopartículas de oro para atrapar la luz

Un nuevo dispositivo descubierto en la universidad de Hokkaido es capaz de capturar el 85 % de las frecuencias o colores de la luz solar. Y utilizado como fotoanodo sirve para obtener hidrógeno y oxígeno a partir de agua, y por tanto como forma de almacenamiento de energía sostenible. La manera en la que lo han logrado une un podo la física óptica clásica y la más avanzada,  la plasmónica.  

Para ello utilizaron nano partículas de oro insertas parcialmente en un semicondutor, óxido de titanio. Los electrones de conducción de las nanopartículas de oro (su plasma electrónico) al ser fotoexcitados a ciertas longitudes de onda concentran el campo eléctrico y lo amplifica en torno a la nanopartícula. Así  pasan a la banda del semiconducor con mayor eficiencia por medio de este fenómeno que denominan resonancia de plasmones de superficie.

El fotoelectrodo se basa pues en las propiedades especiales que se dan en las interfases entre semiconductores y metales como el oro o el cobre nanoparticulados. Además, al añadir la capa de oro situada abajo del semicondutor el sistema se comporta como un etalón o interferómetro Fabry-Pérot, las ondas de luz rebotan entre las dos capas de oro, quedando atrapadas y las que están en fase dan una interferencia constructiva. Esto según el estudio aumenta once veces la eficiencia de conversión de energía, ya aumentada por la existencia de nanopartículas de oro y su peculiar comportamiento.

El fotoelectrodo, como vemos en la figua, consta de una lámina semiconductora de dióxido de titanio de 30 nm de grosor entre una lámina de oro de 100 nm de grosor y una capa de nanopartículas de oro parcialmente incluidas en la capa de dióxido de titanio, esta semi inclusión es también muy importante. La capa de oro refleja la luz que queda atrapada entre las dos capas de oro, lo que aumenta la eficiencia de conversión de luz en energía eléctrica.

REFERENCIAS:

Misawa H. et al., Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions, Nature Nanotechnology, July 30, 2018.

DOI: 10.1038/s41565-018-0208-x

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