铜装饰自由女神像，制作坚固，经济实惠的布线，并帮助我们的身体吸收铁。现在，杜克大学的研究人员希望用铜将阳光和水转化为化学燃料。
将太阳能转化为可储存的燃料仍然是现代化学的最大挑战之一。化学家试图捕获太阳能的方法之一是通过水分解，其中H2O原子被分解，因此氢可以被收集并用作燃料。植物通过光合作用自然地做到了这一点，半个世纪以来，科学家们一直试图通过修补阳光下的化学催化剂来重建这一过程。
氧化铟锡(ITO)是他们通常尝试使用的一种材料。研究人员更喜欢它的透明度 - 它允许阳光穿过并引发水分解反应 - 以及它的导电能力。但ITO远非理想的材料。
“铟不是很丰富，”杜克大学化学助理教授Ben Wiley说。“它与地壳中的白银相似。” 因此，使用ITO的太阳能燃料电池可能仍然很昂贵，而且与煤和天然气等传统能源缺乏竞争力，他说。
Wiley的实验室创造了他们希望可以取代ITO的东西：在透明薄膜中融合的铜纳米线。该团队 - 包括两位博士后研究人员，一名研究生和一名来自杜克大学的研究生 - 上个月在化学期刊Angewandte Chemie上发表了他们的新方法。
铜比铟丰富1000倍，价格便宜100倍。铜纳米线催化剂的生产成本也低于它们的ITO对应物，因为它们可以使用与印刷机非常相似的机器“印刷”在液体油墨形式的玻璃或塑料片上。相比之下，ITO生产需要大而连续的泵和真空室，其以较慢的速率沉积薄的铟原子层。
铜纳米线薄膜由微观金属棒网络组成，Wiley实验室已经研究了多年的性能和应用。纳米线为催化化学提供了高表面积，Wiley的团队尝试用钴或镍涂覆它们 - 金属作为实际的化学催化剂。即使使用钴或镍涂层，纳米线薄膜也允许的阳光比ITO多近7倍。这些电影也很灵活，导致Wiley想象有一天将完成的燃料电池连接到背包或汽车上。
与此同时，工程和化学方面的挑战仍然存在。纳米线薄膜仅执行水分解方程的一半，这一过程称为水氧化。另一半反应涉及使用从水氧化获得的电子将水还原为氢。Wiley的团队希望在明年公布他们在这个过程中的工作。
“许多团体正在努力将完整的设备组装在一起，以便从阳光中产生燃料，”他说，“但这些系统的效率和成本必须得到改善才能进入商业[生产]。”
Wiley指出，太阳能生产只是他们研究的铜纳米线薄膜的一种应用。纳米线还有望用于柔性触摸屏，有机LED(或OLED)灯和智能玻璃。
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