美国能源部
可见激光脉冲激发附着在纳米颗粒基底上的分子中的电子
短X射线脉冲跟随电子在分子和纳米粒子之间来回移动，以显示电子何时、何地以及为何移动或被卡住
鸣谢:劳伦斯伯克利国家实验室化学科学部的Oliver Gessner和Johannes Mahl 新材料将使新技术能够将阳光转化为电力和燃料
分子和微小纳米粒子的结合使这些材料成为现实
这些材料中的分子非常擅长吸收阳光并向纳米粒子提供电子
然后，纳米粒子移动电子，催化产生燃料的反应
然而，这个过程并不总是像研究人员希望的那样
现在，科学家们已经找到了一种方法来追踪电子从分子到纳米粒子再返回的往返行程
研究人员可以测量电子在哪里可以容易地移动，以及它们是否、在哪里、何时以及为什么会被卡住
这些信息对于寻找创新材料的更好组合至关重要
这项研究发表在《物理化学快报》上，展示了一种新的实验工具，可以跟踪分子和纳米粒子之间的电子移动，将阳光转化为电力或燃料
事实证明，一种非常常见的纳米粒子材料，氧化锌，首先会暂时阻挡电子
然后这种材料让电子只沿着纳米颗粒的表面移动
这使得电荷可能丢失或损坏纳米颗粒材料
理想情况下，电荷应该不间断地穿过纳米粒子
揭示这些电子旅行瓶颈的能力将有助于研究人员设计更好的材料，将阳光转化为其他形式的能量
为了将阳光转化为电能或燃料，一种材料必须吸收光并将光能导向电子
接下来，电子必须四处移动以形成电流或引发化学反应
实现这两个步骤的一种方法是使用非常擅长捕捉阳光的分子，并将它们附着在非常擅长移动电子的基底上
研究人员以前知道，电子在氧化锌材料中比在许多其他材料中更容易移动
尽管如此，由氧化锌制成的电极不如由其他材料制成的电极工作得好
这是怎么回事？ 在美国能源部科学办公室用户设备“高级光源”中使用一种叫做时间分辨X射线光电子能谱的技术，研究人员现在能够跟踪电子从分子到基底再返回的路径
他们发现电子长时间停留在分子和氧化锌之间
当电子最终跳跃时，材料不断将它们推向基板表面
在那里，电子比直接穿过衬底更容易被捕获
这项研究有助于解释为什么氧化锌衬底的效果不如预期
这也为未来的材料提供了一种新的测试方案
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