仿竹節(jié)納米材料提升太陽能制氫效率

據(jù)科技日報報道：隨著全球能源與環(huán)境問題帶來的巨大壓力，人們正在尋求新型清潔能源以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤化工產(chǎn)業(yè)。利用太陽光實現(xiàn)人工光合作用，將自然界中的水分解高效轉(zhuǎn)化為清潔的氫能源，是目前科學(xué)界努力的重要方向。近年來，科學(xué)家們通過設(shè)計新型半導(dǎo)體納米材料以捕獲太陽能并實現(xiàn)高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化，使我們看到了利用新型清潔能源的希望。但如何降低成本、進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化效率實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授團(tuán)隊與多倫多大學(xué)薩金特團(tuán)隊合作，設(shè)計了一種“脈沖式軸向外延生長”方法，成功制備了尺寸、結(jié)構(gòu)可調(diào)的一維膠體量子點-納米線分段異質(zhì)結(jié)，該結(jié)構(gòu)是類似竹節(jié)結(jié)構(gòu)的納米“竹子”復(fù)合異質(zhì)結(jié)，可以充分利用太陽能，并將其有效轉(zhuǎn)化為氫能源。研究成果日前發(fā)表在了《自然·通訊》上。

據(jù)介紹，這種人造納米“竹子”的竹節(jié)和竹莖，分別由硫化鎘和硫化鋅兩種不同的半導(dǎo)體材料組成，二者交替生長，非常類似于我們生活中看到竹子拔地而起的生長過程。有趣的是，研究人員設(shè)計的這種獨特生長方式，可以精確控制每根人造納米“竹子”的粗細(xì)、節(jié)數(shù)以及每個竹節(jié)的間距。這種豐富的調(diào)控能力為進(jìn)一步開發(fā)利用該類材料提供了更多的空間。

此外，科研人員發(fā)現(xiàn)，此類人造納米“竹子”中不同組分之間存在協(xié)同效應(yīng)，二者的取向結(jié)合極大地提升了單一材料所具有的性能。相比于單一材料，納米“竹子”的太陽能制氫效率提高了一個數(shù)量級，這為今后設(shè)計開發(fā)新型高效太陽能制氫材料提供了新途徑。