新型合成方法有可能塑造纳米结构及清洁能源的新未来

晓说

该论文发表在9月2日的《自然通讯》上，这些马里兰的科学家们主要发现了一种完全新型的用于构造混合纳米结构的合成方法，既使用一种连接器或“媒介”将多种不同纳米颗粒加入到纳米结构中,而现有的方法难以做到这一点的。这种混合和匹配分子组分的方法避免了目前构建纳米结构的晶体生长(外延)合成方法中固有的材料选择、纳米结构尺寸、形状及对称性的限制。 “我们的方法可以设计和构建更高级(更复杂和多种材料)的、伴有特殊对称性或形状的纳米结构，这就类似于人体有能力制造由特定成分和形状决定其具有特殊功能的蛋白聚物 ,” 马里兰州纳米中心物理系副教授、组长Min Ouyang说道。 “这种合成方法是在本领域内许多科学家梦寐以求的，我们期待着研究人员现在可以使用我们的方法来构造一套完整的新型纳米混合结构模型,”他说。 在这些科学家中，对这个新方法最兴奋的估计是特拉华大学材料科学和工程学副教授,物理系,电气与计算机工程系以及特拉华大学纳米加工所的副主任Matt Doty 了。“Weng 及其同事的工作为实现新型电子和光电功能的复杂纳米结构设计的"量子工程"提供了一个强大的新工具 ，他们的新方法使得研究人员实现比以前更复杂的纳米结构设计成为了可能。”他说。 为高效清洁地发电开辟了新径 团队的第二个发现有助于光电纳米颗粒效应的实现，这种被称为表面等离子体共振的效应首先被古罗马人用来制造光致变色的玻璃，它涉及到利用光产生高能电子的过程。等离子体共振是由光激发的低能电子的集体振荡,存储于这样一个“等离子体振荡器”的光能可转化成用于各种应用的能量载体(即“热”电子)”。Ouyang团队进一步地解释了这一点。 近年来,许多科学家一直试图使用这种效应开发更高效的催化剂,以便生产清洁能源。光催化剂是利用光来促进化学反应的物质,叶绿素就是植物中的天然光催化剂。 “欧阳教授与他的合作者们首创了新颖的纳米组装技术，包括能超高效率地吸收光的金-银颗粒结构，使我们向人工光合作用即利用阳光将水和二氧化碳转换为燃料和有用的化学物质这样至今难以下手的目标又迈进了一大步。”加州大学圣巴巴拉分校的Martin Moskovits教授—这位领域内公认的研究专家—也同样认可。 实际上,通过阳光将水分子分解成氢气和氧气从而生产氢燃料一直是清洁能源的“圣杯”。然而,数十年的研究进展并没有使光催化条件具有足够高的能源效率以高效的成本控制实现大范围的水分解。     “我们的UMD团队使用新型分子合成策略创建了一个最优设计的等离子体媒介的光催化纳米结构，它几乎比传统光催化剂高效15倍”，欧阳说道。 为了研究这种新的光催化剂,科学家们提出了一种以前未知的“结合了已被认可的电子运输通道的热等离子体电子驱动的光催化机制。” 他们的发现具有巨大的前景,增加了大规模廉价分解水以生产氢燃料的的可能性。这样一个系统使光能能以氢燃料的形式从大型太阳能发电场转化为清洁的化学能，同时据Ouyang和其同事所说，UMD团队新发现的热(高能)电子产生机制也适用于其他光激发的研究。