科学家设计新型半导体纳米材料捕捉太阳能 实现高效光化学转换

中国科学技术大学余淑红团队与加拿大多伦多大学萨金特团队合作，设计了“脉冲轴向外延生长”方法，成功制备了尺寸和结构可调的一维胶体量子点-纳米线分段异质结。该结构是一种类似于竹节结构的纳米“竹节”复合异质结，可以充分利用太阳能并有效转化为氢能。相关结果日前发表在《自然—通讯》杂志上。

近年来，科学家设计了新型半导体纳米材料来捕获太阳能，实现高效的光化学转换，这让人们看到了使用新型清洁能源的希望。然而，如何降低成本，进一步提高转化效率，实现产业化，仍然是一个巨大的挑战。

新开发的人造纳米竹的竹节和茎分别由硫化镉和硫化锌两种不同的半导体材料组成。两者交替生长，很像竹子在生活中的生长过程。有趣的是，研究人员设计的这种独特的生长方法可以精确控制每根人造纳米“竹子”的粗细、节数以及每个竹节的间距。这种丰富的调控能力为此类材料的进一步开发利用提供了更大的空间。

此外，研究人员发现，这种人造纳米“竹子”中不同成分之间存在协同效应，两者的定向组合大大提高了单一材料的性能。与单一材料相比，纳米竹的太阳能制氢效率提高了一个数量级。这为今后设计开发新型高效太阳能制氢材料提供了新的途径。

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