Nanotræer høster solens energi for at omdanne vand til brintbrændstof

(PhysOrg.com) - University of California, San Diegos elektriske ingeniører bygger en skov af bittesmå nanotrådstræer for rent at fange solenergi uden at bruge fossile brændstoffer og høste den til produktion af brintbrændstof. Rapportering i journalen Nanoskala , holdet sagde nanotråde, som er fremstillet af rigelige naturlige materialer som silicium og zinkoxid, tilbyder også en billig måde at levere brintbrændstof på i masseskala.

"Dette er en ren måde at generere rent brændstof på, ”Sagde Deli Wang, professor i Institut for Elektroteknik og Computer Engineering ved UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Træernes lodrette struktur og grene er nøglerne til at opfange den maksimale mængde solenergi, ifølge Wang. Det skyldes, at træernes lodrette struktur griber og adsorberer lys, mens flade overflader simpelthen afspejler det, Wang sagde, tilføjer, at det også ligner retinale fotoreceptorceller i det menneskelige øje. På billeder af Jorden fra rummet, lys reflekteres fra flade overflader såsom havet eller ørkener, mens skovene fremstår mørkere.

Wangs team har efterlignet denne struktur i deres "3D forgrenede nanotrådsarray", der bruger en proces kaldet fotoelektrokemisk vandopdeling til at producere hydrogengas. Vandspaltning refererer til processen med at adskille vand i oxygen og brint for at udvinde brintgas, der skal bruges som brændstof. Denne proces bruger ren energi uden drivhusgasbiprodukt. Til sammenligning, den nuværende konventionelle måde at producere brint på er baseret på elektricitet fra fossile brændstoffer

"Brint anses for at være rent brændstof sammenlignet med fossilt brændstof, fordi der ikke er nogen kulstofemission, men den brint, der bruges i øjeblikket, genereres ikke rent, " sagde Ke Sun, en ph.d. -studerende i elektroteknik, der ledede projektet.

Ved at høste mere sollys ved hjælp af den lodrette nanotræstruktur, Wangs team har udviklet en måde at producere mere brintbrændstof effektivt sammenlignet med plane modparter. Wang er også tilknyttet California Institute of Telecommunications and Information Technology og Material Science and Engineering Program ved UC San Diego.

Den lodrette grenstruktur maksimerer også hydrogengasudgang, sagde Sun. For eksempel, på den flade brede overflade af en gryde med kogende vand, bobler skal blive store for at komme til overfladen. I nanotræstrukturen, meget små gasbobler af brint kan udvindes meget hurtigere. "I øvrigt, med denne struktur, vi har forbedret, med mindst 400, 000 gange, overfladearealet for kemiske reaktioner, ”Sagde Sun.

I det lange løb, det, Wangs team sigter efter, er endnu større:kunstig fotosyntese. I fotosyntesen, Når planter absorberer sollys, opsamler de også kuldioxid (CO ₂ ) og vand fra atmosfæren for at skabe kulhydrater til næring til deres egen vækst. Wangs team håber at efterligne denne proces for også at fange CO ₂ fra atmosfæren, reducere kulstofemissioner, og omdanne det til kulbrintebrændstof.

"Vi forsøger at efterligne, hvad planten gør for at omdanne sollys til energi, sagde Sun. "Vi håber, at vores 'nanotree' -struktur i den nærmeste fremtid i sidste ende kan være en del af en effektiv enhed, der fungerer som et rigtigt træ til fotosyntese."

Holdet undersøger også alternativer til zinkoxid, som absorberer solens ultraviolette lys, men har stabilitetsproblemer, der påvirker levetiden af ​​brugen af ​​nanotræstrukturen.