將光線轉(zhuǎn)換為能源的全新方式被研發(fā)出

加州大學(xué)圣巴巴拉分校(UC Santa Barbar，UCSB)化學(xué)、化學(xué)工程與材料部門(mén)科學(xué)家們的研究論文發(fā)表于最新一期的《自然納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)雜志上。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種獲取太陽(yáng)能能源的新方法。盡管目前仍處于起步階段，但該項(xiàng)研究給通過(guò)使用金屬材料將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能源的方式帶來(lái)新希望，因?yàn)榻饘俨牧弦冗\(yùn)用于傳統(tǒng)工藝中的半導(dǎo)體更為強(qiáng)硬。

在常規(guī)光學(xué)加工過(guò)程中，這一技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)及運(yùn)用一百年之久。當(dāng)光線接觸到半導(dǎo)體材料的表面，一面電子豐富，另一面則并不如此。光子(或稱光粒子)激活電子，令其離開(kāi)原來(lái)的位置，創(chuàng)建帶正電的“孔”。結(jié)果就是這些帶電粒子流能夠被捕獲，并可具有多種用途，例如燈泡供電、電池充電或促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。

Moskovits表示：“例如，電子能夠在水中產(chǎn)生氫離子，然后再轉(zhuǎn)換稱氫氣、燃料，于此同時(shí)，形成的‘孔’生產(chǎn)出氧氣。”

在Moskovits及其團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)的技術(shù)中，并非半導(dǎo)體材料供應(yīng)電子與將光線轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能的場(chǎng)所，而是納米結(jié)構(gòu)的金屬——更為具體的說(shuō)，是金納米棒的“森林”。

在本實(shí)驗(yàn)中，金納米棒頂部配有一層以鉑納米顆粒裝飾的晶體硅二氧化鈦，并且設(shè)置于水中。鈷基氧化催化劑被沉淀在列陣下部。

Moskovits表示：“當(dāng)奈米棒這類特定金屬的納米結(jié)構(gòu)暴露于可見(jiàn)光之時(shí)，金屬傳導(dǎo)電子能夠集體震蕩，吸收大量太陽(yáng)光線。該激發(fā)過(guò)程被稱為表面電漿子。”

隨著在電漿波中的“熱”電子被光粒子所激發(fā)，一些電子穿過(guò)晶體硅二氧化鈦層，隨后被鉑粒子所捕獲，從而促使氫離子從水分子鍵中分離出來(lái)。于此同時(shí)，被激活電子遺留下來(lái)的“孔”向納米棒較低部的鈷基催化劑發(fā)展，以形成氧氣。

據(jù)該研究發(fā)現(xiàn)，兩小時(shí)之后，氧氣的生成可被清晰觀察到。此外，納米棒并不會(huì)受到光腐蝕，要知道光腐蝕經(jīng)常令傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料在幾分鐘之內(nèi)脫落。

Moskovits稱：“這種設(shè)備已運(yùn)行數(shù)周，并無(wú)任何不妥。”

Moskovits認(rèn)為，目前，分裂水分子的電漿法的效率仍不及傳統(tǒng)光學(xué)處理技術(shù)，而且成本更為昂貴。不過(guò)，持續(xù)的研究有望令該新方法的成本與效率得以改善，將來(lái)很有可能所消耗的時(shí)間要低于使用半導(dǎo)體材料的技術(shù)。該技術(shù)值得我們期待。

他表示：“盡管該新方法發(fā)現(xiàn)不久，但我們已經(jīng)取得‘可敬’的效率。更為重要的是，我們認(rèn)為該方案能夠成為實(shí)現(xiàn)效率提升的可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略。”