(相关资料图)

北卡罗来纳大学教堂山分校化学系的研究人员设计了硅纳米线，通过将水分解成氧气和氢气，将阳光转化为电能，这是化石燃料的更环保的替代品。

五十年前，科学家首次证明，液态水可以利用通过照亮半导体电极产生的电力分解成氧气和氢气。尽管使用太阳能产生的氢气是一种有前途的清洁能源形式，但低效率和高成本阻碍了商业太阳能氢工厂的引入。

一项经济可行性分析表明，使用由纳米颗粒制成的电极浆料而不是刚性太阳能电池板设计可以大大降低成本，使太阳能生产的氢气与化石燃料竞争。然而，现有的大多数基于粒子的光活化催化剂，也称为光催化剂，只能吸收紫外线辐射，限制了其在太阳照明下的能量转换效率。

北卡罗来纳大学教堂山艺术与科学学院海德家庭基金会化学教授James Cahoon博士及其在该系的同事一直致力于具有独特物理性质的半导体纳米材料的化学合成，这些材料可以实现从太阳能电池到固态存储器的一系列技术。Cahoon是9月<>日发表在《自然》杂志上的研究结果的通讯作者。

Cahoon和他的团队设计了新的硅纳米线，沿着它们的轴线有多个太阳能电池，这样它们就可以产生分解水所需的电力。

“这种设计在以前的反应堆设计中是前所未有的，并且允许硅首次用于PSR，”Cahoon实验室的博士后研究助理Taylor Teitsworth解释说。

硅吸收可见光和红外光。它历来是太阳能电池(也称为光伏电池和半导体)的首选，因为它具有这种特性和其他特性，包括其丰富性、低毒性和稳定性。凭借其电子特性，用硅颗粒无线驱动水分解的唯一方法是在每个粒子中编码多个光伏电池。这可以通过在两种不同形式的硅(p型和n型半导体)之间产生包含多个界面(称为结)的粒子来实现。

此前，Cahoon的研究重点是自下而上的合成和有机硅的空间控制调制，硼用于p型纳米线，磷用于n型纳米线，以赋予理想的几何形状和功能。

“我们使用这种方法创造了一类新的水分解多结纳米颗粒。这些将硅的材料和经济优势与纳米线的光子优势相结合，纳米线的直径小于吸收光的波长，“Cahoon说。“由于导线结固有的不对称性，我们能够使用光驱动的电化学方法选择性地将助催化剂沉积到导线的末端以实现水分解。

关键词： 化石燃料 太阳能电池 研究人员 北卡罗来纳大学