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新型纳米“森林”可将光和水转化为氢燃料

发布时间:2012年03月23日 15:05 | 进入复兴论坛 | 来源:科技日报 | 手机看视频


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  受广袤无际森林的启发,美国加州大学圣地亚哥分校的工程师把肉眼不可见的纳米线构建成纳米“树”,进而形成纳米“森林”来捕获太阳能,然后利用太阳能这种清洁能源来生产氢燃料。相关论文发表在《纳米尺度》杂志上。

  氢燃料在燃烧时不排放有害气体,可以实现二氧化碳的零排放,一直被视为汽车动力的终极清洁能源。但目前氢燃料的生产过程却并不清洁,无论是从合烃的化石燃料中制氢,还是从电解水制氢,都离不开煤、石油或天然气等化石燃料。

  树能够最大限度地捕获太阳能的关键是它的垂直生长结构及其枝繁叶茂的形态。从空中看地球,平静的海面波光粼粼光辉明亮,而森林则郁郁葱葱深邃幽暗,这是因为垂直结构能够吸收太阳能,而平面结构则反射太阳能。

  加州大学圣地亚哥分校的工程师利用自然界非常丰富的硅和氧化锌制成纳米线,在三维纳米线阵列中模仿森林生长的形态结构,并利用光电化学过程来分解水,水的分解过程可以产生氢气和氧气,提取氢气后可作为燃料。由于在这个过程中使用的是清洁能源,因此不会产生温室气体,是一种以清洁能源来生产清洁燃料的新方式。

  实验中,研究人员将纳米“树”电极浸没在水中,然后利用模拟的太阳光进行照射,并测量电量的输出。结果表明,这种垂直分支结构不仅能够捕获大量太阳能,同时也能最大限度地提高氢气产量。因为在平面结构,气泡必须很大才能浮出水面,而纳米树结构可以很快地提取非常小的氢气泡。研究人员表示,这种垂直分支结构可以为化学反应提供比平面结构高40万倍的表面积。

  研究人员还有更为远大的目标,他们的眼睛盯在了人工光合作用。在自然界的光合作用中,植物不仅吸收阳光,还吸收二氧化碳和水,产生碳水化合物供其自身生长。研究人员希望未来能够模仿这一过程,利用纳米“森林”来吸收大气中的二氧化碳。