Une équipe de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) a développé une nouvelle nanostructure intégrée dans une nanofibre semi-conductrice qui se traduit par une excellente conductivité. Le nanocomposite s'attaque à un inhibiteur clé de la conductivité, avec le potentiel d'améliorer un large éventail d'applications, à partir de batteries et de cellules solaires, aux appareils de purification de l'air.

Alors que les semi-conducteurs sont largement utilisés, leur efficacité a été limitée par le processus naturel des électrons photo-générés en se recombinant avec des « trous », ou des points de repos d'électrons potentiels. Cela réduit le courant de déplacement des électrons générés par la lumière ou l'énergie externe et, en conséquence, réduit l'efficacité de l'appareil. Le département de génie mécanique de PolyU a conçu une nanofibre composite qui fournit essentiellement une autoroute dédiée au transport des électrons une fois qu'elles sont générées, éliminer le problème de la recombinaison électron-trou.

L'innovation a reçu la Médaille d'Or avec Félicitations du Jury au 45ème Salon International des Inventions de Genève en 2017.

L'équipe a évité la recombinaison en insérant une nanostructure hautement conductrice constituée de nanotubes de carbone et de graphène dans un dioxyde de titane (TiO 2 ) nanofibre composite. Les électrons et les charges peuvent être transportés efficacement dans le noyau de graphène dès qu'ils sont générés, avant de se recombiner avec les « trous » de la nanofibre. Dirigé par Wallace Leung, l'équipe a testé l'efficacité du nanocomposite dans des cellules solaires et des photocatalyseurs de purification d'air.

Ils ont intégré le nanocomposite dans le TiO 2 composant de cellules solaires à colorant et à base de pérovskite, qui sont à l'étude comme alternatives aux cellules solaires conventionnelles à base de silicium. Le nanocomposite a augmenté les taux de conversion d'énergie des cellules solaires de 40 à 66 %.

TiO 2 Les nanoparticules sont le matériau photocatalyseur le plus couramment utilisé dans les dispositifs de purification ou de désinfection de l'air disponibles dans le commerce. Cependant, TiO 2 ne peut être activé que par la lumière ultraviolette, ce qui le rend beaucoup moins efficace à l'intérieur. Il est également inefficace pour convertir l'oxyde nitrique (NO) en dioxyde d'azote (NO 2 ), à un taux inférieur à 10 pour cent.

Lorsque la nanostructure de PolyU a été intégrée dans un photocatalyseur, il a fourni une autoroute de graphène pour que les électrons se transportent plus rapidement pour générer des super-anions pour oxyder les polluants absorbés, bactéries et virus. Le noyau de graphène a également augmenté de manière significative la surface exposée pour l'absorption de la lumière et le piégeage des molécules nocives. Il a également récolté plus d'énergie lumineuse sur toutes les longueurs d'onde. La nanofibre semi-conductrice a converti environ 70 pour cent de NO en NO 2 , sept fois plus que le TiO ordinaire 2 nanoparticules.

Ils ont également testé dans quelle mesure leur nanostructure décompose le formaldéhyde, un méchant composé organique volatil que l'on trouve couramment dans les bâtiments neufs ou rénovés et les voitures neuves. Le photocatalyseur au graphène intégré de PolyU a de nouveau été capable de décomposer trois fois plus de formaldéhyde que de TiO 2 nanoparticules sans la nanostructure ajoutée.

Le nouveau nanocomposite a un large éventail d'autres applications potentielles, comme la génération d'hydrogène par fractionnement de l'eau, capteurs biochimiques avec une vitesse et une sensibilité améliorées, et des batteries au lithium avec une impédance plus faible et un stockage accru.