Ученые из Университета Калифорнии предлагают экологически чистый и весьма недорогой способ получения водорода – топлива, свободного от углеродного следа – за счет использования новых древовидных наноструктур. Вертикальная древовидная структура, получившая название «нанодерево», используется для максимизации захвата солнечной энергии с последующим выделением водорода.
С использованием наноструктуры почва для химических реакций улучшается, по крайней мере, в 400 тысяч раз. Ученые говорят, что они строили своеобразные леса из крошечных нанодеревьев, которые позволяют осуществлять захват солнечной энергии намного более эффективно, имитируя способ поглощения энергии, который используют настоящие деревья.
Вдохновением для команды учёных послужили разработки, связанные с искусственным фотосинтезом. Процесс фотосинтеза заключается в том, что растения поглощают солнечный свет, одновременно собирая углекислый газ и воду из атмосферы и далее создавая углеводы для питания и роста. Ученые используют механизм естественного фотосинтеза для улавливания оксида углерода из атмосферы и сокращения содержания парниковых газов в окружающей среде.
Исследования в области получения водородного топлива сосредоточены на замене сегодняшних технологий, использующих ископаемое топливо, аналогичными, но с использованием чистых источников энергии, не имеющих побочного продукта в виде парниковых газов. Разработка профессора Вана, так называемые «3D-разветвленные наномассивы», использует для получения водорода фотоэлектрохимическое расщепление воды на основе солнечного света.
Сама идея такого солнечного электролиза далеко не нова, но основной проблемой разработок прошлых лет была высокая цена платиновых катализаторов, необходимых для осуществления таких химических реакций. В данной разработке ученых в качестве катализаторов выступают дешевые, но перспективные кремний и оксид цинка. Прорывом считается также наноразмерные структурные изменения в самом механизме поглощения солнечного света. Данный фактор является ключевым в повышении эффективности процесса, ведь разработанные учёными «нанодеревья» идеально подходят для захвата максимального количества солнечного света.
Секрет заключается в том, что древовидные структуры по-настоящему поглощают солнечный свет, в то время как плоские поверхности просто отражают его. Это логичное решение, ведь стоит только посмотреть на фотографии Земли из космоса: самые светлые места – это плоские поверхности – океаны и пустыни, которые отражают больше всего света, в то время как территории, засаженные лесами, выглядят более тёмными.