TiN纳米颗粒实现太阳能利用新突破

本报讯近日，日本国立研究所材料纳米构造中心纳米系统光子学组研究团队通过数值计算发现，过渡金属氮化物和碳化物纳米颗粒能有效吸收阳光。同时实验证实，当氮化物纳米颗粒分散于水中时，会迅速提升水温。通过有效利用阳光，这些纳米颗粒可能被应用于水的加热和蒸馏。

水和空气加热占家庭能源消耗的55%。如果阳光可以高效地转化为热量，那么无需使用电能来加热水和空气将成为可能，从而减少二氧化碳的排放量。利用常规的太阳能集热器和集热管吸收阳光的方法会由于热传导方式导致热量损失。由于纳米颗粒分散在介质中时可直接加热包括水在内的介质，因此而备受关注。

最近，上述研究团队和日本国立研究所环境与能源材料部高级研究员Naoto Umezawa共同通过第一性原理计算来寻找适合光热转换的纳米颗粒材料，并估算其物理性能。研究团队发现，过渡金属氮化物和碳化物——陶瓷能够高效吸收阳光。

此外，在将氮化钛（TiN）从众多过渡金属氮化物中挑选出后，研究团队将TiN纳米颗粒分散进水中，并对水溶液进行光照。在这项实验中，研究团队证实TiN纳米颗粒能以接近90%的高效率将阳光转化为热量。由于TiN纳米颗粒表现出宽带等离子体共振，因此在每个纳米颗粒基上TiN纳米颗粒的阳光吸收效率可能比金、碳纳米颗粒的更高。

在未来的研究中，该团队正计划将所得成果应用于地热、水热、污水和海水的蒸馏上。除了这个项目，该研究团队还致力于其他纳米颗粒的应用，诸如介于聚合物和纳米颗粒之间的高分子材料的发展、纳米颗粒介导的化学反应研究。（盛夏）