Absorción de luz incrementada en nanoestructuras metal plasmónico-magnetita

GONZÁLEZ OCHEA, ROCÍO; ENCINA, EZEQUIEL

Virtual

Congreso; 106° Reunión Anual de la Asociación Física Argentina; 2021

Filial Córdoba

El diseño y la preparación de estructuras capaces de convertir de manera eficiente la energía solar en energía química o eléctrica son claves para la sostenibilidad ambiental y constituyen un gran desafío actual. En este sentido, las nanoestructuras híbridas compuestas por metales plasmónicos y óxidos semiconductores (NHs) han mostrado un rendimiento satisfactorio para desempeñar este papel. Las propiedades de captación de luz de NHs de diversa composición, tamaño y forma han sido investigadas tanto experimental como teóricamente. Los metales plasmónicos más empleados son Au y Ag, siendo TiO2, ZnO, Cu2O, α-Fe2O3 los óxidos semiconductores más utilizados. La absorción de luz incrementada en estas NHs y, en consecuencia, la mayor generación de porta- dores de carga en el componente semiconductor, se ha atribuido a tres mecanismos principales diferentes: captura de luz, inyección de electrones calientes y transferencia de energía de resonancia inducida por plasmón (PIRET). En este trabajo, se estudiaron las propiedades de captación de luz de NHs esféricas del tipo núcleo-coraza mediante simulaciones electrodinámicas aplicando la aproximación de dipolos discretos. El núcleo de las NHs está compuesto por un metal (Ag, Au, Al) mientras que la coraza concéntrica por el óxido de hierro magnetita (Fe3O4). El valor del diámetro del núcleo metálico D se varió sistemáticamente en el intervalo 10-90 nm, mientras que el espesor de la coraza E en el intervalo 20-80 nm. Los espectros de extinción, absorción y dispersión fueron calculados para longitudes de onda comprendidas entre 400-900 nm.La metodología implementada permitió examinar la contribución de cada componente de la NH a la eficiencia de absorción, Qabs, por separado. Sobre la base de los valores de Qabs, fue posible calcular el flujo de fotones absorbidos dentro del componente Fe3O4, Φ, una cantidad relevante que determina en gran medida la eficiencia de la fotoconversión en los fotocatalizadores. En general, se encontró que el mayor flujo de fotones absorbidos en la coraza de Fe3O4 ocurre cuando D = 4, independientemente de la naturaleza del núcleo metálico. Además, Φ alcanza los mayores y menores valores cuando el núcleo está compuesto por Ag y Al, respectivamente.