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          新万博体育
          2019年4月26日

          卡耐基梅隆大学的化学家操纵金纳米簇的量子态

          由乔斯林·达菲

          乔斯林·达菲
          • 科学梅隆大学
          • 412-268-9982

          新万博体育的研究人员 化学系 已经找到一种方法由三个数量级,这可能导致在太阳能电池和光催化技术的改进来控制金纳米簇的量子态的寿命。他们的研究发表在4月18日发行 科学.

          当光由粒子所吸收,并从该光的能量被临时存储在颗粒内,使得其能量比其基态更高发生激发量子态。能量迅速衰减,并也可能会丢失在纳秒级的跨度热,或第二的十亿分之一。扩展这个量子状态能够提供更多的时间和机会,利用储存的能量研究。 

          卡耐基梅隆大学的化学教授 荣超千斤 是世界著名的开发尺寸精确的金纳米粒子。在此扩展他的工作,博士后研究员孟洲和博士学生达也桧垣,谁是纸的共同第一作者,研究了包含原子30和38之间的精确原子金纳米簇。它们由原子重新排列成异乎寻常的配置和用封端配体保护它们改变簇的结构。 

          研究人员通过使用飞秒和纳秒时间分辨光谱当他们从光吸收的能量,在这种情况下的飞秒激光脉冲采取从时间纳米团​​簇的快照,直到它们释放的能量测量的纳米团簇量子态的寿命。美国加州大学的合作者,河边证实使用密度函数理论计算分析纳米团簇的分子轨道的结果。

          他们发现,30原子金纳米簇,具有六角密堆积(hcp)结构,具有一纳秒的量子寿命。但一个38原子金纳米簇具有体心立方(BCC)结构具有4.7微秒更长的寿命。由三个大小延长寿命为研究人员提供充足的时间来提取纳米团簇吸收光能 - 有显著意义的发现。

          “从非常短的操纵激发态寿命的策略,以非常长是令人兴奋的。的4.7微秒的超长寿命量子媲美的体硅,这是用于商业太阳能电池的,”进表示。 “它应该给我们足够的时间,以有效地提取能量转化为外部电路的电子电流,而不会丢失太多的能量来加热。”

          特制量子寿命也可用于增加用于太阳能存储转换成化学品,如从二氧化碳转化甲醇和乙醇可见基于光催化效率。

          另外研究人员包括:胡国祥和得恩江,加州大学河滨分校;马修年。斯菲尔,布鲁克海文国家实验室;和陈玉香,卡耐基梅隆大学。

          这项研究是由美国国家科学基金会(1808675)资助;科学研究空军办公室;和美国能源部(DOE美国),科学办公室,基础能源科学和化学科学,地球科学和生物科学部的办公室。在工作中使用该中心的资源,纳米功能材料,一个美国科学设施的母鹿办公室布鲁克海文国家实验室。

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