新材料将实现将阳光转化为电力和燃料的新技术。这些材料是通过分子和纳米粒子的结合而成为可能的。这些材料的分子在吸收光和为纳米粒子提供电子方面非常出色。然后，纳米颗粒通过移动电子来催化制造燃料的反应。然而，这种机制并不总是按照研究人员的意愿运作。
科学家们现在已经发现了一种机制，可以检测电子从分子到纳米粒子再返回的过程。研究人员可以确定电子可以轻松到达的位置以及它们被捕获的时间、地点和原因。这些信息对于开发创新材料组合至关重要。
影响
该研究展示了一种新的实验仪器如何在电子在分子和纳米粒子之间流动时跟踪电子，将阳光转化为电力或燃料。事实证明，氧化锌是一种常见的纳米颗粒物质，可以暂时减慢电子速度。然后，该材料只允许电子沿着纳米粒子的表面流动。
结果，电荷可能会丢失或纳米颗粒材料将被损坏。理想情况下，电荷应该在没有停顿的情况下以直线方式通过纳米粒子。如果研究人员能够识别这些电子传输瓶颈，他们将能够制造出更好的材料，将阳光转化为其他类型的能量。
概括
材料必须吸收光并将光能传递给电子，以将阳光转化为电能或燃料。然后电子必须四处移动以产生电流或允许发生化学反应。使用善于捕捉阳光的分子并将它们附着在善于传递电子的基板上是完成这两项任务的一种技术。
研究人员此前曾发现，与在许多其他材料中相比，电子在氧化锌中可以更自由地移动。无论如何，氧化锌电极的性能不如由其他材料构成的电极。
到底发生了什么?能源部(DOE)科学办公室用户设施高级光源的研究人员已经能够使用称为时间分辨X射线光电子能谱的技术跟踪电子从分子到基板并返回的路线。
科学家们发现，电子被长时间困在分子和氧化锌之间。当电子发生跃迁时，材料继续将它们推向基板表面。与直接穿过基板块相比，电子更容易被困在那里。这项研究揭示了为什么氧化锌基材的性能不如预期。它还为未来的材料建立了一种新的测试方法。
资金
美国能源部科学办公室、基础能源科学办公室、地球科学、化学科学和生物科学部的分子、原子和光学科学计划为这项研究提供了资金。由美国能源部科学办公室资助的来自阳光中心的美国能源部燃料液体阳光联盟正在资助两名研究人员。
美国能源部科学办公室用户设施AdvancedLightSource被用于该研究。ALS博士生奖学金计划、AlexandervonHumboldt基金会和亥姆霍兹协会、德意志研究中心(卓越电子转换集群)和亥姆霍兹协会的VI419都为一些研究人员提供了帮助。
