受廣袤無際森林的啟發(fā)，美國加州大學圣地亞哥分校的工程師把肉眼不可見的納米線構建成納米“樹”，進而形成納米“森林”來捕獲太陽能，然后利用太陽能這種清潔能源來生產氫燃料。相關論文發(fā)表在《納米尺度》雜志上。
氫燃料在燃燒時不排放有害氣體，可以實現(xiàn)二氧化碳的零排放，一直被視為汽車動力的終極清潔能源。但目前氫燃料的生產過程卻并不清潔，無論是從合烴的化石燃料中制氫，還是從電解水制氫，都離不開煤、石油或天然氣等化石燃料。
樹能夠最大限度地捕獲太陽能的關鍵是它的垂直生長結構及其枝繁葉茂的形態(tài)。從空中看地球，平靜的海面波光粼粼光輝明亮，而森林則郁郁蔥蔥深邃幽暗，這是因為垂直結構能夠吸收太陽能，而平面結構則反射太陽能。
加州大學圣地亞哥分校的工程師利用自然界非常豐富的硅和氧化鋅制成納米線，在三維納米線陣列中模仿森林生長的形態(tài)結構，并利用光電化學過程來分解水，水的分解過程可以產生氫氣和氧氣，提取氫氣后可作為燃料。由于在這個過程中使用的是清潔能源，因此不會產生溫室氣體，是一種以清潔能源來生產清潔燃料的新方式。
實驗中，研究人員將納米“樹”電極浸沒在水中，然后利用模擬的太陽光進行照射，并測量電量的輸出。結果表明，這種垂直分支結構不僅能夠捕獲大量太陽能，同時也能最大限度地提高氫氣產量。因為在平面結構，氣泡必須很大才能浮出水面，而納米樹結構可以很快地提取非常小的氫氣泡。研究人員表示，這種垂直分支結構可以為化學反應提供比平面結構高40萬倍的表面積。
研究人員還有更為遠大的目標，他們的眼睛盯在了人工光合作用。在自然界的光合作用中，植物不僅吸收陽光，還吸收二氧化碳和水，產生碳水化合物供其自身生長。研究人員希望未來能夠模仿這一過程，利用納米“森林”來吸收大氣中的二氧化碳。 |
