Istraživači sa Univerziteta Severne Karoline na odeljenju za hemiju Chapel Hill konstruisali su silicijumske nanožice koje mogu da pretvaraju sunčevu svetlost u električnu energiju cepanjem vode u gas kiseonika i vodonika, što je zelenija alternativa fosilnim gorivima.
Pre pedeset godina, naučnici su prvi put pokazali da se voda u tečnom stanju može podeliti na kiseonik i vodonik koristeći električnu energiju proizvedenu osvetljavanjem poluprovodničke elektrode. Iako je vodonik proizveden korišćenjem solarne energije obećavajući oblik čiste energije, niska efikasnost i visoki troškovi ometali su uvođenje komercijalnih solarnih postrojenja za vodonik.
Analiza ekonomske izvodljivosti sugeriše da bi korišćenje suspenzije elektroda napravljenih od nanočestica umesto krutog dizajna solarnog panela moglo značajno da snizi troškove, čineći vodonik proizveden u solarnom energijom konkurentnim fosilnim gorivima. Međutim, većina postojećih svetlosno aktiviranih katalizatora zasnovanih na česticama, koji se takođe nazivaju fotokatalizatori, mogu da apsorbuju samo ultraljubičasto zračenje, ograničavajući njihovu efikasnost konverzije energije pod sunčevim osvetljenjem.
dr Džejms Kahun, profesor hemije u Fondaciji porodice Hajd na UNC-Čapel Hil Koledžu umetnosti i nauka, i njegove kolege u odeljenju radili su na hemijskoj sintezi poluprovodničkih nanomaterijala sa jedinstvenim fizičkim svojstvima koja mogu da omoguće niz tehnologija, od solarnih ćelija do memorije čvrstog stanja. Cahoon služi kao odgovarajući autor nalaza objavljenih 9. februara u časopisu Nature.
Cahoon i njegov tim dizajnirali su nove silicijumske nanožice da imaju više solarnih ćelija duž svoje ose kako bi mogle da proizvedu snagu potrebnu za cepanje vode.
„Ovaj dizajn je bez presedana u prethodnim dizajnima reaktora i omogućava da se silicijum prvi put koristi u PSR-u“, objasnio je Tejlor Tejtsvort, postdoktorski naučni saradnik u Cahoonovoj laboratoriji.
Silicijum apsorbuje i vidljivu i infracrvenu svetlost. Istorijski je bio najbolji izbor za solarne ćelije, koje se takođe nazivaju fotonaponskim ćelijama i poluprovodnicima, zahvaljujući ovim i drugim osobinama – uključujući njegovu obilje, nisku toksičnost i stabilnost. Sa svojim elektronskim svojstvima, jedini način da se voda cijepa bežično pomoću silicijumskih čestica je kodiranje više fotonaponskih ćelija u svakoj čestici. Ovo se može postići stvaranjem čestica koje sadrže više interfejsa, zvanih spojevi, između dva različita oblika silicijuma — poluprovodnika p-tipa i n-tipa.
Ranije, Cahoonovo istraživanje se fokusiralo na sintezu odozdo prema gore i prostorno kontrolisanu modulaciju silikona sa borom za nanožice p-tipa i sa fosforom za nanožice n-tipa da bi se dale poželjne geometrije i funkcionalnosti.
„Koristili smo ovaj pristup da kreiramo novu klasu višespojnih nanočestica koje razdvajaju vodu. One kombinuju materijalne i ekonomske prednosti silicijuma sa fotonskim prednostima nanožica koje imaju prečnik manji od talasne dužine apsorbovane svetlosti“, rekao je Kahun. „Zbog inherentne asimetrije žičanih spojeva, bili smo u mogućnosti da koristimo elektrohemijsku metodu na bazi svetlosti da selektivno deponujemo kokatalizatore na krajeve žica kako bismo omogućili cepanje vode.“
