Kobber nanotråde tilbyder en effektiv, billig tilgang til høst af solenergi

Kobber pryder Frihedsgudinden, gør robust, overkommelige ledninger, og hjælper vores kroppe med at optage jern. Nu, forskere ved Duke University vil gerne bruge kobber til at omdanne sollys og vand til et kemisk brændstof.

Konvertering af solenergi til lagringsbart brændstof er fortsat en af ​​de største udfordringer i moderne kemi. En af måderne, som kemikere har forsøgt at fange solens magt på, er gennem spaltning af vand, hvor atomerne i H2O brydes fra hinanden, så hydrogenet kan opsamles og bruges som brændstof. Planter gør dette naturligt gennem fotosyntese, og i et halvt århundrede, forskere har forsøgt at genskabe denne proces ved at pille ved kemiske katalysatorer, der er startet af sollys.

Indiumtinoxid (ITO) er et materiale, de ofte har forsøgt at bruge. Forskere foretrækker det på grund af dets gennemsigtighed-som tillader sollys at passere igennem og udløse de vandspaltende reaktioner-og dets evne til at lede elektricitet. Men ITO er langt fra et ideelt materiale.

"Indium er ikke særlig rigeligt, "sagde Ben Wiley, adjunkt i kemi ved Duke University. "Det ligner i overflod sølv i jordskorpen." Som resultat, solbrændselsceller, der anvender ITO, vil sandsynligvis forblive dyre og ukonkurrerende med konventionelle energikilder som kul og naturgas, han sagde.

Wileys laboratorium har skabt noget, de håber kan erstatte ITO:kobber-nanotråde smeltet sammen i en gennemsigtig film. Teamet - herunder to postdoktorale forskere, en kandidatstuderende, og en tidligere kandidatstuderende fra Duke - offentliggjorde deres nye tilgang i sidste måned i kemitidsskriftet Angewandte Chemie .

Kobber er 1000 gange mere rigeligt og 100 gange billigere end indium. Kobber -nanotrådskatalysatorer koster også mindre at producere end deres ITO -modstykker, fordi de kan "printes" på stykker glas eller plast i flydende blækform, ved hjælp af en maskine, der fungerer meget som en trykpresse. ITO produktion, derimod, kræver store, sekventielle kamre med pumper og støvsugere, der aflejrer et tyndt lag indiumatomer med en langt langsommere hastighed.

Kobber -nanotrådfilmene består af netværk af mikroskopiske metalstænger, de egenskaber og anvendelser, som Wileys laboratorium har studeret i årevis. Nanotråde giver et højt overfladeareal til katalysering af kemi, og Wileys team eksperimenterede med at belægge dem i enten kobolt eller nikkel - metaller, der fungerer som den egentlige kemiske katalysator. Selv med et lag kobolt eller nikkel, nanotrådfilmene tillader næsten syv gange mere sollys at passere end ITO. Filmene er også fleksible, får Wiley til at forestille sig, at de færdige brændselsceller en dag blev knyttet til rygsække eller biler.

I mellemtiden, ingeniør- og kemiudfordringer forbliver. Nanowirefilmene udfører kun halvdelen af ​​vandopdelingsligningen, en proces kaldet vandoxidation. Den anden halvdel af reaktionen involverer anvendelse af elektronerne opnået ved vandoxidation til at reducere vand til hydrogen. Wileys team forventer at offentliggøre deres arbejde med denne proces i det kommende år.

"Mange grupper arbejder på at sammensætte komplette enheder til at generere brændstoffer fra sollys, " han sagde, men "effektiviteten og omkostningerne ved disse systemer skal forbedres, for at de kan komme til kommerciel [produktion]."

Wiley bemærkede, at solenergiproduktion kun er en anvendelse af de kobber -nanotrådfilm, de studerer. Nanotrådene viser også løfte om brug i fleksible berøringsskærme, organiske LED (eller OLED) lamper og smartglas.