用微晶體和納米線來分解水

　　科學家們正在尋找一種新的方法,以利用這個世界上最豐富的清潔能源之一:水。

　　通過納米晶(又稱量子點)與納米線相結合,科學家們開發了一種新材料,這種新材料有望將水分解成氧和氫燃料,可用于汽車,公交車,船和其它類型的交通工具。

　　“氫被看作是清潔能源的重要來源,因為水在加熱的時候,它是唯一的副產品,”布法羅大學化學家大衛 沃森博士說,他是該項目的一個領導者。“我們正在開發的混合材料,能夠以低成本而且高效的方式生產氫氣。”

　　沃森教授是布法羅大學藝術與科學學院化學系主任,他已經收到了美國國家自然科學基金會對該項目的資助(55萬美元)。布法羅大學的物理學教授Peihong Zhang博士,也是該研究的合作者(該項目是另一個大項目的一部分),來自國家自然科學基金會的140萬美元的研究項目,布法羅大學與德州農工大學,賓漢姆頓大學和倫斯勒理工學院一道開發的新型催化劑,用于分解水。

　　正在開發的材料是催化劑,用來獲取陽光,驅動化學反應的發生,將水分解成氫和氧。

　　它們由與不同金屬離子結合的釩氧化物的納米線制成,然后涂上一層半導體量子點。

　　當它們暴露在太陽下時,這些混合材料產生了兩個分解水的關鍵成分:一個是自由電子,另一個是化學家所稱的電子空穴(通常應該存在一個電子,但卻沒有電子的位置)。電子和電子空穴都用于多步化學反應中,將水轉化為氧和氫氣。

　　到目前為止,研究團隊成功地開發了有效地生產和分離自由電子和電子空穴的材料,盡管科學家們還沒有證明他們的電子空穴可以成功地用于水裂解反應中。

　　從行業角度看,納米線量子點方法是有益處的。納米線和量子點都容易大批量生產,生產它們的原材料在地殼中儲量豐富,而且它們都是“可調的”,沃森說。對此,他解釋道,改變量子點的尺寸能夠改變它們的電子特性,將釩氧化物納米線與新材料結合也能達到同樣效果。這使得調整它們的成分,在利用陽光分解水時,最大限度提高它們的效率成為可能。

　　“這是一個非常靈活的方法——一個將陽光和水轉化成燃料的多功能平臺,”沃森說。

　　科學家們利用美國國家科學基金會的資助,探索量子點和納米線的最佳組合。通過合成新材料,他們能夠通過計算方法預測,哪種結構可以獲得最佳的電子特性。

　　“我們正在嘗試將一些復雜機器結合,來模仿植物的光合作用,利用陽光分解水產生能源。機器將由納米線和量子點塊制成,就像玩樂高一樣利用它們,” Sarbajit Banerjee博士說,他是德州農工大學化學系教授。“在超級計算機上進行計算,會指導我們如何快速將這些‘樂高’搭建起來。”