人造纳米"竹子"实现高效太阳能制氢

中国科学技术大学俞书宏团队与加拿大多伦多大学萨金特团队合作，设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法，并成功制备了尺寸、结构可调的一维胶体量子点—纳米线分段异质结。该结构是类似竹节结构的纳米“竹子”复合异质结，可充分利用太阳能，并将其有效转化为氢能源。相关成果日前发表于《自然—通讯》杂志。

近年来，科学家通过设计新型半导体纳米材料以捕获太阳能并实现高效光化学转化，使人们看到了利用新型清洁能源的希望。但如何降低成本、进一步提高转化效率并实现产业化，仍是一个巨大挑战。

最新研制的人造纳米“竹子”的竹节和竹茎，分别由硫化镉和硫化锌两种不同的半导体材料组成。两者交替生长，非常类似于生活中看到的竹子拔地而起的生长过程。有趣的是，研究人员设计的这种独特生长方式，可精确控制每根人造纳米“竹子”的粗细、节数以及每个竹节的间距。这种丰富的调控能力为进一步开发利用该类材料提供了更多的空间。

此外，研究者发现，此类人造纳米“竹子”中不同组分之间存在协同效应，两者的取向结合极大地提升了单一材料具有的性能。相比于单一材料，纳米“竹子”的太阳能制氢效率提高了一个数量级。这为今后设计开发新型高效太阳能制氢材料提供了新途径。