Испытан новый нанокатализатор для получения водорода

Химики впервые использовали катализаторы с наночастицами рутения для получения водорода под воздействием видимого света и ультрафиолетового излучения. В будущем такие катализаторы могут применяться для промышленного производства водородного топлива с помощью солнечного света. Результаты исследования опубликованы в Applied Catalysis B: Enviromental.

Фотохимические реакции — один из самых экологичных способов производства «зеленого» топлива. Они не требуют больших энергозатрат на нагрев сырья или на поддержание высокого давления — достаточно света и фотокатализаторов для поддержания скорости реакции. В таких фотохимических реакциях, как выделение водорода из производных биомассы, например из спиртов, высокую активность показывают фотокатализаторы на основе платины, золота и палладия. Поскольку все эти благородные металлы дороги, нужно искать более дешевые фотокатализаторы.

В новой работе химики исследовали фотокаталитическую активность диоксида титана, обогащенного наночастицами рутения. Для получения водорода их использовали впервые. Ученые проверили, как рутениевый нанокатализатор на базе диоксида титана влияет на выделение водорода из смеси метанола и воды. Изучались четыре катализатора (с 1, 2, 3 и 5% рутения в составе), с каждым проводились реакции двух типов: под воздействием видимого света и ультрафиолетового излучения. Ранее системы из диоксида титана и рутения применялись крайне редко, и потому важно было охарактеризовать их строение и оптические свойства, в том числе квантовую эффективность. Она показывает чувствительность материала к свету и рассчитывается как отношение числа фотонов, вызвавших образование свободных электронов в материале, к общему числу поглощенных фотонов. Это основной параметр, по которому сравнивается фотокаталитическая активность веществ.

Эксперименты показали, что фотокатализаторы с рутением по активности под ультрафиолетовым излучением сравнимы с платиновыми и палладиевыми аналогами. Квантовая эффективность соединений на основе платины или палладия, известных по другим исследованиям, составляет от 1,9 до 5,1%, и результаты рутениевых фотокатализаторов находятся в этом диапазоне. Лучший показатель в 3,1% был рассчитан для системы с 3% рутения. С учетом более низкой стоимости рутениевых катализаторов это делает их перспективными для промышленного использования. Под видимым светом активность рутениевых катализаторов оказалась невысокой (квантовая эффективность — не более 0,6%), но авторы прогнозируют, что под воздействием солнечного света рутениевые катализаторы покажут квантовую эффективность около 1,1%. Ученые уже приступили к проверке этой гипотезы.

«Наши катализаторы на основе диоксида титана и рутения оказались универсальными системами и позволили получить хорошее количество водорода как под действием УФ-излучения, так и при видимом свете, — поясняет один из авторов работы, приглашенный сотрудник РУДН Рафаэль Луке. — Смоделировав взаимодействие света и вещества и рассчитав квантовую эффективность всех наших образцов, мы поняли, что ключевую роль в активности катализатора играет взаимодействие частиц рутения и диоксида титана, особенно концентрация рутениевых частиц и, возможно, его соединений с кислородом на поверхности материала. Точный механизм этого явления еще предстоит выяснить. Сейчас мы продолжаем исследование и ведем эксперименты по получению водорода под действием солнечного света в Испании и в России».

В исследовании участвовали ученые из Университета Кордовы и Института катализа и нефтехимии (Испания). Работа была проведена при поддержке Проекта «5–100».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.