sciencedaily.com網站報道，美國卡內基梅隆大學化學系的研究人員發現了一種新方法，可以使金納米團簇的量子態壽命控制有數量級的提升。該研究對太陽能電池和光催化技術有巨大的推動作用。相關研究發表於4月18日出版的《科學》雜誌中。
粒子吸收光後，光的能量暫時存儲於粒子中，粒子進入激發態，其能量高於基態。激發態粒子的能量衰減很快，能量在約1納秒內就會以熱量形式消失。延長量子態壽命有助於研究人員有充裕的時間來充分利用存儲的能量。卡內基梅隆大學教授Rongchao Jin因其對金納米微粒的研究而聞名於學界。在Jin教授的延伸性研究中，博士後研究員Meng Zhou和博士生Tatsuya Higaki等對包含30~38個原子的金納米團簇進行了分析。他們通過重新排列原子和配體保護，改變了金納米團簇的結構。
研究人員利用飛秒和納秒時間分辨光譜技術測定了金納米團簇的量子態壽命。加州大學河濱分校的合作研究人員則利用密度函數理論計算分析了納米團簇的分子軌道，對測定結果進行了論證。他們發現，由30個原子組成的金納米團簇構成了六邊形緊密堆積結構（hcp結構），其量子壽命約1納秒。而由38個原子組成的立方體構型金納米團簇的量子壽命顯著延長，達到4.7微秒。量子壽命提升3個數量級可以使研究人員有充足的時間從納米團簇中提取存儲的光能。Jin教授說：“顯著延長激發態壽命非常令人興奮。超長的4.7微秒量子壽命幾乎可以與商用太陽能電池中硅的量子壽命相媲美。這使我們有了足夠的時間，在不損失太多能量的情況下，有效地將光能作為電子電流注入外部電路。”
可控的量子壽命還對提高可見光光催化效率有作用。光催化主要用於將太陽能轉化過程，例如二氧化碳轉化甲醇、乙醇等。
期刊編號：0036-8075
原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190426130046.htm
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