“化学家操纵金纳米团簇的量子态”

卡内基梅隆大学化学系的研究人员发现了控制金纳米团簇量子态寿命三位数的方法。 这可能会导致太阳能电池和光催化技术的改善。 他们的研究发表在4月18日的科学杂志上。

光被粒子吸收后，在产生被激发的量子状态的同时，来自该光的能量暂时蓄积在粒子内，其能量高于基态。 能量在纳秒或十亿分之一秒的范围内迅速衰减，可能作为热量消失。 通过扩展这种量子态，研究者可以提供越来越多的时间和机会来利用积累的能量。

carnegie mellon化学教授rongchao jin因开发正确尺寸的金纳米粒子而闻名。 由于他工作的延长，博士后研究员孟周和博士。 这篇论文的共同第一作者学生tatsuya higaki研究了含30到38个原子的原子水平的精确金纳米团簇。 他们将原子重新排列为奇怪的配置，用块状配位体保护它们，从而改变簇的结构。

研究人员使用飞秒和纳秒的时间分辨率光谱测量了纳米团簇的量子态寿命，在从光吸收能量时拍摄了纳米团簇的快照。 在这种情况下，用飞秒激光脉冲，直到释放能量。 加州大学河滨分校的合作者利用密度函数理论计算明确了结果，分解了纳米团簇的分子轨道。

他们发现，具有六方最密堆积( hcp )结构的30原子金纳米团簇的量子寿命为1纳秒。 但是，具有体心立方( bcc )结构的38原子金纳米团簇具有更长的4.7微秒的寿命。 将寿命延长三个数量，确保研究者有足够的时间从纳米团簇中提取吸收的光能，这一发现具有重要的作用。

激励状态寿命从极短到极短的操作战略令人兴奋。 jin先生说，4.7微秒的超长量子寿命与商用太阳能电池中使用的体硅相等。 应该给我们足够的时间将能量作为电子电流提取到外部电路，而不会过度损失能量进行加热。

定制的量子寿命还可以用于提高可见光类光催化剂将太阳能存储转换为化学物质的效率，如从二氧化碳转换为甲醇和乙醇。

该研究由国家科学基金会( 1808675 )资助空军科学研究室美国能源部( us doe )、科学办公室、基础能源科学与化学科学办公室、地球科学与生物科学部。 这项事业采用了功能纳米材料中心的资源，这是美国能源部布鲁克海文国家实验室科学设施办公室。

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