能源和环境应用

不断增长的能源需求加上对温室气体排放的担忧，凸显了对替代能源的需求以及提高当今使用的系统的能源效率的需求。

一项值得注意的努力是取代 白炽灯泡 （曾广泛用于家庭和办公室）采用更高效的照明光源。白炽灯最初于 19 世纪末商业化，现在正被能够以相同电能输入提供更多可见光的设备所取代。欧盟正在逐步淘汰白炽灯，转而采用更节能的照明。如果美国的每个灯丝灯泡都被固态照明光源所取代，美国的电力消耗将减少 10%，同时每年还可减少约 2800 万吨的碳排放。

替代光源包括荧光灯和高强度放电灯，但发光二极管 (LED) 已迅速发展成为许多应用的首选替代品。纳米技术创新引领了降低某些替代灯泡设计（尤其是使用 LED 的灯泡设计）的生产成本。 

纳米材料开始在开发其他替代能源技术方面发挥重要作用。 太阳能电池 当今全球生产的太阳能电池依赖体晶技术，该技术与计算机芯片行业争夺硅——制造集成电路和太阳能电池的主要原材料。这种情况并不理想，因为太阳能和计算机电子都是需求量大、产量不断增长的关键技术。替代研究方向包括新型纳米材料，例如 量子点 提高太阳能电池效率和柔性基板（包括聚合物薄膜和薄金属板）上太阳能电池的产量。轻质高强度复合材料 风力涡轮机叶片 正在开发利用纳米复合材料来利用风能。

空气、土壤和水的环境污染，包括垃圾填埋场中有毒废物的影响，是全世界关注的一大问题。利用纳米技术，科学家正在设计新的催化剂，用于废物修复和将有毒气体转化为无害物质。这些设计利用了纳米材料的大表面积以及纳米尺度上产生的新特性和反应性。利用碳纳米管和其他纳米材料，正在开发新的高效过滤器，以捕获汞、重金属和其他有害物质。