Нанотрубки на службе мира

Обычно перед существительным «нанотрубки» ставят прилагательное «углеродные». Однако это отнюдь не единственный вид маленьких полых объектов. Нанотрубки можно делать также из оксидов металлов (о «флейтах для Дюймовочки», синтезированных из оксида алюминия см. в апрельском номере журнала за 2002 год). Нанотрубки из оксида, а именно оксида титана, послужили источником вдохновения для группы ученых Пенсильванского университета (США) во главе с профессором Крейгом Гримсом. Они научились синтезировать протяженные листы, подобные сотам осиного гнезда, содержащие многие тысячи нанотрубок. Как оказалось, этот материал обладает весьма интересными свойствами.

Когда речь заходит о неорганических нанотрубках, ученые указывают на их чрезвычайно высокую пористость и предполагают, что в первую очередь из них сделают сорбенты или носители для катализатора. Пенсильванские ученые пошли другим путем и решили применить свои нанотрубки для получения энергии, причем как для прямого превращения солнечного света в электричество, так и для выработки водорода. Про водородную энергетику нынче говорят очень много, однако, указывая на бесспорные преимущества такого вида топлива (выхлоп в виде чистой воды и независимость от неспокойной обстановки на Ближнем Востоке), энтузиасты этого направления забывают сказать, что весь водород на поверхности Земли давным-давно сгорел и превратился в воду, и чтобы снова вернуть его в газообразное состояние, нужно затратить немало энергии на электролиз. Брать ее, скорее всего, будут с ядерных электростанций, которые трудно назвать самыми экологически чистыми творениями рук человека. Вот если бы разлагать воду на составляющие каким-то другим способом, тогда мечта о «зеленой» энергетике приблизилась бы к своему осуществлению. Один из таких способов — фотолиз, то есть разложение воды под действием света.

«Высокоупорядоченные блоки нанотрубок из оксида титана оказались превосходным реактором для фотолиза воды, — рассказывает профессор Гримс. — Наши опыты показывают, что если налить воду поверх такого материала, а потом осветить ее ультрафиолетом, то эффективность фотолиза составит 13,1%. Это дает очень большой выход водорода на один фотон. Сейчас мы стараемся сдвинуть длину волны фотолиза в область видимого света. Если работа увенчается успехом, у нас в руках будет основа для коммерческого производства водорода с помощью солнечной энергии. А это путь к прекращению безостановочных ближневосточных конфликтов из-за нефти».

В солнечных батареях нанотрубки из оксида титана могут сыграть другую роль. Ученые из группы Гримса предлагают покрывать прозрачным слоем трубок поверхность отрицательного электрода: из них получатся своеобразные лифты, по которым фотоэлектроны смогут быстро покинуть зону реакции и попасть в электрическую цепь. Оксидные нанотрубки стоят не очень дорого, а работают столь хорошо, что американские ученые уверены: способ резкого увеличения эффективности солнечных батарей не за горами.

Конечно, соты, которые осы сделали из бумаги своими жвалами, отличаются большим изяществом, нежели те, что американские ученые синтезировали из оксида титана. Однако и размер осиных сот больше, чем нанотрубочных. Интересно, а какие соты смогли бы делать микроосы, если бы генетики сумели вывести такую породу насекомых? Уж не окажутся ли они нанороботами, о которых писал Эрик Дрекслер?