محققان دانشگاه کارولینای شمالی در گروه شیمی چاپل هیل، نانوسیم‌های سیلیکونی را مهندسی کرده‌اند که می‌توانند با تقسیم آب به گاز اکسیژن و هیدروژن، جایگزین سبزتر برای سوخت‌های فسیلی، نور خورشید را به برق تبدیل کنند.
شکستن مولکول‌های آب با نانوسیم ساده‌تر می‌شود
پنجاه سال پیش، دانشمندان برای اولین بار نشان دادند که آب مایع را می‌توان با استفاده از برق تولید شده با روشنایی الکترود نیمه هادی، به گاز اکسیژن و هیدروژن تقسیم کرد. اگرچه هیدروژن تولید شده با استفاده از انرژی خورشیدی نوعی امیدوارکننده از انرژی پاک است، اما راندمان پایین و هزینه‌های زیاد مانع استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن شده است.
تجزیه و تحلیل و امکان سنجی اقتصادی نشان می‌دهد که استفاده از دوغاب الکترودهای ساخته شده از نانوذرات به جای طراحی پنل خورشیدی سفت و سخت می‌تواند هزینه‌ها را به شکل قابل توجهی کاهش دهد و باعث می‌شود هیدروژن تولید شده با انرژی خورشیدی با سوخت‌های فسیلی رقابتی شود. با این حال، بیشتر کاتالیزورهای فعال شده توسط ذرات موجود، همچنین به‌عنوان فتوکاتالیست نیز گفته می‌شود، می‌توانند فقط تابش ماوراء بنفش را جذب کنند و باعث می‌شوند راندمان تبدیل انرژی آنها در زیر نور خورشید محدود شود.
جیمز کاهون و همکارانش در این بخش در حال کار بر روی سنتز شیمیایی نانومواد نیمه هادی با خصوصیات منحصر به فرد هستند که می‌توانند دامنه‌ای از فناوری‌ها، از سلول‌های خورشیدی گرفته تا حافظه حالت جامد را فعال کنند.
کاهون و تیمش نانوسیم‌های جدید سیلیکونی را برای داشتن چندین سلول خورشیدی در امتداد محور خود طراحی کردند تا بتوانند توان لازم برای تقسیم آب را ایجاد نمایند.
تیلور تیتسورث توضیح می‌دهد: «این طرح در طراحی راکتورها بی سابقه است و اجازه می‌دهد تا از سیلیکون برای اولین بار در PSR استفاده شود.»
سیلیکون هم نور مرئی و هم مادون قرمز را جذب می‌کند. از نظر تاریخی یک انتخاب برتر برای سلول‌های خورشیدی بوده است که به آن به‌عنوان سلول‌های فتوولتائیک و نیمه هادی‌ها نیز گفته می‌شود. با تولید ذرات حاوی چندین رابط، به نام اتصالات، بین دو شکل مختلف سیلیکون نوعP و نوع N می‌توان پیل‌های خورشیدی مناسب ساخت.
پیش از این، تحقیقات بر روی سنتز پایین به بالا و مدولاسیون مکانی کنترل شده از سیلیکون با بور برای نانوسیم‌های نوع P و با فسفر برای نانوسیم‌های نوع N متمرکز شده بود.
کاهون گفت: «ما از این روش برای ایجاد کلاس جدیدی از نانوذرات چند منظوره برای شکستن مولکول آب استفاده کردیم. اینها مزایای مادی و اقتصادی سیلیکون را با مزایای فوتونیک نانوسیم‌هایی که قطری کوچک‌تر از طول موج نور جذب شده دارند، ترکیب می‌کنند. به دلیل عدم تقارن ذاتی اتصالات سیم، ما توانستیم از یک روش الکتروشیمیایی استفاده کنیم تا کاتالیزورهایی را به صورت انتخابی بر روی انتهای سیم‌ها قرار دهیم تا بتوانیم شکستن مولکول‌های آب را فعال کنیم.»
