根据PennState机械工程师团队的说法,使用太阳能以自下而上的方式制造的多孔硅可用于从水中产生氢气,他们也将电池,生物传感器和光学电子应用视为这种新材料的出口。
这种多孔硅的表面积很高,“机械工程助理教授王东海说。”它被广泛使用并且有很多应用。“
制造多孔硅的标准方法是减法方法,类似于制作雕塑。
“硅是一种重要的材料,因为它是一种半导体,”王说。“通常,多孔硅是通过蚀刻产生的,这是一种丢失大量材料的过程。”
Wang的团队使用基于化学的方法来构建材料而不是移除材料。研究人员从四氯化硅开始,这是一种非常便宜的硅源。然后他们用钠钾合金处理材料。
“四氯化硅中硅与氯的结合非常强,需要高还原剂,”王说。“钠钾合金就是这样一种药剂。”
一旦键断裂,氯与钠,钾和硅结合,氯化钾和氯化钠-食盐-变成固体,形成由嵌入硅中的盐晶体组成的材料。然后对材料进行热处理并在水中洗涤以溶解盐,留下5至15纳米的孔。研究人员在今天(4月10日)的“自然通讯”杂志上报道了他们的研究结果。
由于钠钾合金具有高活性,因此必须远离空气中的氧气进行整个过程,因此研究人员在氩气氛中进行反应。
“我相信这个过程可以扩大到制造规模,”王说。“有些过程使用钠钾
工业水平的合金。因此,我们可以调整他们的方法来制造这种新型的多孔硅。“
因为这些硅颗粒具有大量的孔,所以它们具有大的表面积并且当阳光照射在该多孔硅和水上时充当有效的催化剂。太阳光中的能量可以激发电子,然后减少水分,产生氢气。该过程得益于材料的大于正常的带隙,该带隙来自硅微晶的纳米级尺寸。
“这种多孔硅只能从阳光中产生大量的氢,”王说。