东方时讯网一个研究小组改进了钛氧簇的太阳能吸收。他们的工作展示了一种通过导入富电子异金属来调节这些团簇的光吸收行为的有效策略。这些结果在太阳能转换目前面临一定限制的太阳能领域具有潜在的应用。
该团队的工作于2022年12月2日发表在《多金属氧酸盐》杂志上。
太阳能提供了缓解全球能源资源逐渐枯竭的潜力。科学家认为二氧化钛是最有前途的太阳能转换候选材料之一，因为它具有出色的稳定性、耐用性和活性。然而，二氧化钛的带隙较大，导致只能利用少量的太阳光谱。同样，金属掺杂策略被很好地采用来提高太阳能吸收和性能，因为它会在禁带内产生杂质水平。
该团队成功构建了两个异金属簇，以提高钛氧簇的太阳能吸收和性能。异金属化合物描述了其中一个或多个原子被不同金属的原子取代的任何化合物。研究小组进行了单晶X射线衍射分析，其中异金属簇已被确定，并发现钼相互作用的普遍存在。
该团队的固态紫外-可见吸收研究表明，这些结构表现出增强的可见光吸收并显着降低光学带隙，这主要归因于引入富电子钼(Mo)对作为异金属。“我们发现可以将富含电子的Mo-Mo对引入钛氧簇以增强可见光吸收，”中国科学院福建物质结构研究所教授张磊说。
具有精确和可定制结构的结晶钛氧簇是功能性分子二氧化钛材料。元素周期表中的大部分金属已被纳入钛氧簇，其微观电子结构和宏观性能都可以被修改。然而，很少有人对钼掺杂的钛氧簇进行研究。
凭借其独特的分子和电子结构，科学家们对具有金属-金属键的富电子金属氧簇特别感兴趣，因为它们在催化剂、电子和电池领域具有潜在的应用前景。由具有离域电子的异质金属修饰的团簇在带隙工程和催化方面显示出潜在优势。出于这些原因，该团队使用氯化钼作为低价金属源。在醇介质中使用羧酸，他们操纵了灵活的水解缩合过程和低价异金属钼-钛-氧簇的各种排列。
该团队创建的两个异金属簇都具有共同的MoV-MoV键。研究人员获得的X射线光电子能谱测量结果表明，其中一个团簇中同时存在MoV和MoVI，这是混合价MoV/VI掺杂在异金属钛氧簇中的第一个例子。
在光电子学中，半导体的带隙决定了它的潜在应用。该团队使用漫反射光谱分析研究了两个异金属簇的带隙。他们发现这两种化合物的光学带隙显着减小。
他们将带隙的这种减小归因于引入富电子的Mo-Mo对作为异金属。此外，该团队发现，如固态紫外-可见光谱测量所示，这些波段有效地向可见光区域移动。该团队的工作不仅丰富了金属氧簇的结构多样性，还为富电子钼掺杂钛氧簇的性质调制提供了一条简单的途径。
展望未来，该团队希望构建具有进一步增强可见光吸收和提高稳定性的异金属氧簇。“最终目标是开发高效的簇状催化剂，利用太阳能将水分解成氢气，”张说。