中科大研制出仿竹節(jié)結構納米材料

隨著全球能源與環(huán)境問題帶來的巨大壓力，人們正在尋求新型清潔能源以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤化工產業(yè)。利用太陽光實現(xiàn)人工光合作用，將自然界中的水分解高效轉化為清潔的氫能源，是目前科學界努力的重要方向。

近年來，科學家們通過設計新型半導體納米材料以捕獲太陽能并實現(xiàn)高效光化學轉化，使我們看到了利用新型清潔能源的希望。但如何降低成本、進一步提高轉化效率實現(xiàn)產業(yè)化，仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。

近日，中國科學技術大學俞書宏教授團隊與多倫多大學薩金特團隊合作，設計了一種“脈沖式軸向外延生長”方法，成功制備了尺寸、結構可調的一維膠體量子點-納米線分段異質結，該結構是類似竹節(jié)結構的納米“竹子”復合異質結，可以充分利用太陽能，并將其有效轉化為氫能源。相關研究成果近日發(fā)表在了《自然·通訊》上。

這種人造納米“竹子”的竹節(jié)和竹莖，分別由硫化鎘和硫化鋅兩種不同的半導體材料組成，二者交替生長，非常類似于我們生活中看到竹子拔地而起的生長過程。有趣的是，研究人員設計的這種獨特生長方式，可以*控制每根人造納米“竹子”的粗細、節(jié)數以及每個竹節(jié)的間距。這種豐富的調控能力為進一步開發(fā)利用該類材料提供了更多的空間。

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，此類人造納米“竹子”中不同組分之間存在協(xié)同效應，二者的取向結合極大地提升了單一材料所具有的性能。相比于單一材料，納米“竹子”的太陽能制氫效率提高了一個數量級，這為今后設計開發(fā)新型高效太陽能制氫材料提供了新途徑。

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