Массивы древовидных нанопроводов расщепляют воду с помощью солнечной энергии, представляя собой полностью интегрированную систему искусственного фотосинтеза.
Ученые подсчитали, что всего за один час мы получаем достаточное количество солнечного света для обеспечения энергетических потребностей всего человечества на планете в течение года. И недавно исследователям из Национальной лаборатории Лоренса Беркли удалось направить эту энергию на удовлетворение реальных нужд человека.
Исследователи разработали «искусственный лес», который способен преобразовывать солнечную энергию в химическое топливо.
В процессе, который имитирует фотосинтез, этот искусственный лес поглощает свет и использует его для получения водорода и кислорода. Эти два вида газов можно использовать в топливных батареях.
«Чтобы обеспечить расщепление солнечной энергии, мы синтезировали в нашей системе древовидные нанопроволоки гетероструктур, состоящие из стволов и ветвей кремния и оксида титана», — сказал Peidong Yang, химик Лаборатории Беркли отдела науки и ведущий ученый этого исследования. «Визуально массивы этих наноструктур очень напоминают искусственные леса».
Деревья стоят, как в настоящем лесу. Нанопроволока плотно сгруппирована, чтобы помочь подавить отражения солнечного света и использовать большую площадь поверхности для топливно-продуцирующих реакций. Эти псевдо деревья также проделывают хорошую работу, имитируя природный процесс фотосинтеза, при котором солнечный свет поглощается хлоропластами зеленых растений.
Поглощение солнечного света растением вызывает цепную реакцию электронов, которые движутся от одной молекулы к другой, помогая растениям превратить углекислый газ в углеводы сахара и кислорода.
Это движение электронов называется электронтранспортной цепочкой или «Z-схемой», так как модель движения напоминает букву Z. Исследователи Калифорнийского университета Беркли позаимствовал эту Z-схему для своего искусственного леса, но вместо того, чтобы полагаться на пигмент хлоропластов, для стимулирования движение электрона они используют полупроводники.
В качестве одного из полупроводников, поглощающих свет, использовали кремний, который генерирует водород. А в качестве второго – оксид титана, который генерирует кислород. Вместе водород и кислород могут храниться в топливном элементе и использоваться для производства возобновляемых источников энергии.
Предыдущие модели для искусственного фотосинтеза, в том числе искусственные листья, также успешно получали водород и кислород. Но Yang и его команда считают, что их наноразмерные системы в большей степени эффективны и менее дорогостоящие, чем их предшественники.
Yang сказал, что система его команды может служить «основой для концептуального улучшения эффективного преобразования солнечной энергии в топливо в будущем. По данным uralarmaprom.ru».
На сегодняшний день искусственный лес преобразует энергию солнца в химическую с эффективностью 0. 12 процентов. Если ученый и его коллеги хотят сделать использование системы коммерчески целесообразным, то им предстоит улучшить этот показатель.
Тем не менее, Yang заявил о своей уверенности, что после небольшой доработки, исследователи смогут «увеличить процент эффективности преобразования энергии».