太陽能把水變成氫燃料

電子顯微圖像是納米樹或“三維枝杈納米線陣列”。增加綠色色調是為了進行對比。 來源：加州大學

美國加州大學聖迭戈分校（University of California, San Diego）的de電dian氣qi工gong程cheng師shi正zheng在zai製zhi作zuo一yi種zhong微wei小xiao的de納na米mi線xian樹shu木mu森sen林lin，以yi便bian清qing潔jie地di捕bu捉zhuo太tai陽yang能neng，不bu使shi用yong化hua石shi燃ran料liao，而er是shi用yong太tai陽yang能neng生sheng產chan氫qing燃ran料liao。研yan究jiu報bao告gao發fa表biao在zai2012年1月24日的《納米尺度》（Nanoscale）雜誌上，題為《3D分支納米線異質結構光電極用於高效太陽能水解製氫》（3D branched nanowire heterojunction photoelectrodes for high-efficiency solar water splitting and H2 generation）。研究小組說

，納米線的製備采用豐富的天然材料，如矽和氧化鋅（zinc oxide），這也提供了一種廉價的方法，可以大規模生產氫燃料。

“這是一種清潔的方式，可以產生清潔燃料，”王德利（Deli Wang）說
，他是加州大學聖迭戈分校雅各布工程學院（Jacobs School of Engineering）電氣工程和計算機係的教授。

王(wang)德(de)利(li)說(shuo)，這(zhe)種(zhong)納(na)米(mi)樹(shu)木(mu)的(de)垂(chui)直(zhi)結(jie)構(gou)和(he)樹(shu)枝(zhi)很(hen)關(guan)鍵(jian)，可(ke)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)捕(bu)捉(zhuo)太(tai)陽(yang)能(neng)。他(ta)說(shuo)
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)樹(shu)木(mu)的(de)垂(chui)直(zhi)結(jie)構(gou)會(hui)捕(bu)捉(zhuo)和(he)吸(xi)收(shou)陽(yang)光(guang)，而(er)平(ping)坦(tan)的(de)表(biao)麵(mian)隻(zhi)會(hui)反(fan)射(she)光(guang)線(xian)
，他(ta)補(bu)充(chong)說(shuo)，這(zhe)也(ye)類(lei)似(si)人(ren)眼(yan)視(shi)網(wang)膜(mo)的(de)感(gan)光(guang)細(xi)胞(bao)。在(zai)太(tai)空(kong)拍(pai)攝(she)的(de)地(di)球(qiu)圖(tu)像(xiang)中(zhong)
，光(guang)線(xian)反(fan)射(she)反(fan)映(ying)出(chu)平(ping)坦(tan)的(de)表(biao)麵(mian)
，如(ru)海(hai)洋(yang)或(huo)沙(sha)漠(mo)，而(er)森(sen)林(lin)就(jiu)顯(xian)得(de)更(geng)暗(an)。

王德利的研究小組模仿這種結構，他們的“三維枝杈納米線陣列”（3D branched nanowire array）采用了一種工藝，稱為光電化學（photoelectrochemical）shuijie，keyichanshengqingqi。fenjieshuisuozhideguochengkeyibashuifenlichengyangheqing
，tiquqingqizuoweiranliaoshiyong。zhexianggongyishiyongqingjienengyuan
，meiyouwenshiqitifuchanpin。xiangbizhixia
，muqiandechuantongzhiqingfangshiyikaohuashiranliaogongdian。

采cai用yong垂chui直zhi納na米mi樹shu結jie構gou，可ke以yi利li用yong更geng多duo的de太tai陽yang光guang線xian
，王wang德de利li研yan究jiu小xiao組zu已yi經jing開kai發fa出chu一yi種zhong方fang法fa，可ke有you效xiao地di生sheng產chan更geng多duo氫qing燃ran料liao
，相xiang比bi之zhi下xia

，平ping麵mian結jie構gou隻zhi會hui使shi光guang反fan射she出chu表biao麵mian。 來源：加州大學。

“與化石燃料相比，氫被認為是清潔燃料，因為沒有碳排放
，但是，目前使用的氫的生產並不清潔
，”電氣工程博士研究生孫柯（Ke Sun）說，他領導這個項目。

采(cai)用(yong)垂(chui)直(zhi)納(na)米(mi)樹(shu)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)更(geng)多(duo)的(de)太(tai)陽(yang)光(guang)線(xian)，王(wang)德(de)利(li)研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)，可(ke)有(you)效(xiao)地(di)生(sheng)產(chan)更(geng)多(duo)氫(qing)燃(ran)料(liao)，相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，平(ping)麵(mian)結(jie)構(gou)隻(zhi)會(hui)使(shi)光(guang)反(fan)射(she)出(chu)表(biao)麵(mian)。王(wang)德(de)利(li)也(ye)屬(shu)於(yu)加(jia)州(zhou)電(dian)信(xin)和(he)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)所(suo)（California Institute of Telecommunications and Information Technology），以及加州大學聖迭戈分校材料科學和工程項目。

孫sun柯ke說shuo，垂chui直zhi分fen支zhi結jie構gou也ye可ke最zui大da限xian度du地di提ti高gao氫qing氣qi產chan量liang。例li如ru，在zai一yi鍋guo開kai水shui的de寬kuan闊kuo表biao麵mian，氣qi泡pao必bi須xu變bian得de很hen大da，才cai能neng上shang升sheng到dao表biao麵mian。而er在zai納na米mi樹shu結jie構gou中zhong，非fei常chang小xiao的de氫qing氣qi泡pao也ye可ke以yi提ti取qu，而er且qie快kuai得de多duo。“此外，采用這種結構，我們使化學反應的表麵積至少提高了40萬倍，”孫柯說。

在這個實驗中，納米樹電極浸在水中
，用模擬太陽光照亮，可測量設備的電力輸出。 來源：加州大學。

從長遠來看
，王德利的研究小組目標更大：就是人工光合作用。光合作用中
，植物吸收陽光，也吸收空氣中的二氧化碳（CO2）和水，合成碳水化合物（carbohydrates），以促進自身的生長。王德利研究小組希望能模仿這一過程，也從大氣中吸收二氧化碳
，減少二氧化碳排放，並把它轉化成碳氫燃料。

孫柯說：“我(wo)們(men)正(zheng)在(zai)努(nu)力(li)模(mo)仿(fang)植(zhi)物(wu)的(de)功(gong)能(neng)

，把(ba)陽(yang)光(guang)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)能(neng)量(liang)。我(wo)們(men)希(xi)望(wang)
，在(zai)不(bu)久(jiu)的(de)將(jiang)來(lai)，我(wo)們(men)的(de)納(na)米(mi)樹(shu)結(jie)構(gou)最(zui)終(zhong)可(ke)以(yi)成(cheng)為(wei)高(gao)效(xiao)設(she)備(bei)組(zu)件(jian)，作(zuo)用(yong)就(jiu)像(xiang)真(zhen)正(zheng)的(de)樹(shu)木(mu)，可(ke)進(jin)行(xing)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)。”

這一小組還研究替代材料，要取代氧化鋅，氧化鋅可吸收陽光中的紫外線，但有穩定性問題
，會影響納米樹結構的使用壽命。