隨著全球能源與環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)的巨大壓力，人們正在尋求新型清潔能源以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤化工產(chǎn)業(yè)。利用太陽(yáng)光實(shí)現(xiàn)人工光合作用，將自然界中的水分解高效轉(zhuǎn)化為清潔的氫能源，是目前科學(xué)界努力的重要方向。

近年來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)設(shè)計(jì)新型半導(dǎo)體納米材料以捕獲太陽(yáng)能并實(shí)現(xiàn)高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化，使我們看到了利用新型清潔能源的希望。但如何降低成本、進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化效率實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏教授團(tuán)隊(duì)與多倫多大學(xué)薩金特團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)了一種“脈沖式軸向外延生長(zhǎng)”方法，成功制備了尺寸、結(jié)構(gòu)可調(diào)的一維膠體量子點(diǎn)-納米線(xiàn)分段異質(zhì)結(jié)，該結(jié)構(gòu)是類(lèi)似竹節(jié)結(jié)構(gòu)的納米“竹子”復(fù)合異質(zhì)結(jié)，可以充分利用太陽(yáng)能，并將其有效轉(zhuǎn)化為氫能源。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在了《自然·通訊》上。

這種人造納米“竹子”的竹節(jié)和竹莖，分別由硫化鎘和硫化鋅兩種不同的半導(dǎo)體材料組成，二者交替生長(zhǎng)，非常類(lèi)似于我們生活中看到竹子拔地而起的生長(zhǎng)過(guò)程。有趣的是，研究人員設(shè)計(jì)的這種獨(dú)特生長(zhǎng)方式，可以*控制每根人造納米“竹子”的粗細(xì)、節(jié)數(shù)以及每個(gè)竹節(jié)的間距。這種豐富的調(diào)控能力為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用該類(lèi)材料提供了更多的空間。

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)人造納米“竹子”中不同組分之間存在協(xié)同效應(yīng)，二者的取向結(jié)合極大地提升了單一材料所具有的性能。相比于單一材料，納米“竹子”的太陽(yáng)能制氫效率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，這為今后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型高效太陽(yáng)能制氫材料提供了新途徑。

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