電子顯微圖像是納米樹或“三維枝杈納米線陣列”。增加綠色色調(diào)是為了進行對比。來源：加州大學(xué)
美國加州大學(xué)圣迭戈分校（University of California, San Diego）的電氣工程師正在制作一種微小的納米線樹木森林，以便清潔地捕捉太陽能，不使用化石燃料，而是用太陽能生產(chǎn)氫燃料。研究報告發(fā)表在2012年1月24日的《納米尺度》（Nanoscale）雜志上，題為《3D分支納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電極用于高效太陽能水解制氫》（3D branched nanowire heterojunction photoelectrodes for high-efficiency solar water splitting and H2 generation）。研究小組說，納米線的制備采用豐富的天然材料，如硅和氧化鋅（zinc oxide），這也提供了一種廉價的方法，可以大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料。
“這是一種清潔的方式，可以產(chǎn)生清潔燃料，”王德利（Deli Wang）說，他是加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布工程學(xué)院（Jacobs School of Engineering）電氣工程和計算機系的教授。
王德利說，這種納米樹木的垂直結(jié)構(gòu)和樹枝很關(guān)鍵，可以最大限度地捕捉太陽能。他說，這是因為樹木的垂直結(jié)構(gòu)會捕捉和吸收陽光，而平坦的表面只會反射光線，他補充說，這也類似人眼視網(wǎng)膜的感光細胞。在太空拍攝的地球圖像中，光線反射反映出平坦的表面，如海洋或沙漠，而森林就顯得更暗。
王德利的研究小組模仿這種結(jié)構(gòu)，他們的“三維枝杈納米線陣列”（3D branched nanowire array）采用了一種工藝，稱為光電化學(xué)（photoelectrochemical）水解，可以產(chǎn)生氫氣。分解水所指的過程可以把水分離成氧和氫，提取氫氣作為燃料使用。這項工藝使用清潔能源，沒有溫室氣體副產(chǎn)品。相比之下，目前的傳統(tǒng)制氫方式依靠化石燃料供電。
采用垂直納米樹結(jié)構(gòu)，可以利用更多的太陽光線，王德利研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可有效地生產(chǎn)更多氫燃料，相比之下，平面結(jié)構(gòu)只會使光反射出表面。來源：加州大學(xué)。
“與化石燃料相比，氫被認為是清潔燃料，因為沒有碳排放，但是，目前使用的氫的生產(chǎn)并不清潔，”電氣工程博士研究生孫柯（Ke Sun）說，他領(lǐng)導(dǎo)這個項目。
采用垂直納米樹結(jié)構(gòu)可以利用更多的太陽光線，王德利研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可有效地生產(chǎn)更多氫燃料，相比之下，平面結(jié)構(gòu)只會使光反射出表面。王德利也屬于加州電信和信息技術(shù)研究所（California Institute of Telecommunications and Information Technology），以及加州大學(xué)圣迭戈分校材料科學(xué)和工程項目。
孫柯說，垂直分支結(jié)構(gòu)也可最大限度地提高氫氣產(chǎn)量。例如，在一鍋開水的寬闊表面，氣泡必須變得很大，才能上升到表面。而在納米樹結(jié)構(gòu)中，非常小的氫氣泡也可以提取，而且快得多。“此外，采用這種結(jié)構(gòu)，我們使化學(xué)反應(yīng)的表面積至少提高了40萬倍，”孫柯說。
在這個實驗中，納米樹電極浸在水中，用模擬太陽光照亮，可測量設(shè)備的電力輸出。來源：加州大學(xué)。
從長遠來看，王德利的研究小組目標(biāo)更大：就是人工光合作用。光合作用中，植物吸收陽光，也吸收空氣中的二氧化碳（CO2）和水，合成碳水化合物（carbohydrates），以促進自身的生長。王德利研究小組希望能模仿這一過程，也從大氣中吸收二氧化碳，減少二氧化碳排放，并把它轉(zhuǎn)化成碳氫燃料。
孫柯說：“我們正在努力模仿植物的功能，把陽光轉(zhuǎn)換成能量。我們希望，在不久的將來，我們的納米樹結(jié)構(gòu)最終可以成為高效設(shè)備組件，作用就像真正的樹木，可進行光合作用。”
這一小組還研究替代材料，要取代氧化鋅，氧化鋅可吸收陽光中的紫外線，但有穩(wěn)定性問題，會影響納米樹結(jié)構(gòu)的使用壽命。
