Химики создали новые структуры для фотокаталитического получения водорода

Химики из Национального университета Сингапура разработали углеродные сопряженные ковалентные органические структуры для каталитического получения водорода из воды с помощью видимого света. Статья о разработке вышла в номере журнала Chem.

Газообразный водород приобретает все большее значение в качестве компактного средства хранения энергии. Использование солнечного света, возобновляемого и устойчивого источника энергии для разложения воды на этот газ, вызывает большой интерес среди научных групп. Однако это превращение происходит не спонтанно. Оно требует сложной системы, которая бы позволяла молекулам воды расщепляться под действием высокоэнергетичных квантов света.

Группа ученых из химического департамента Национального университета Сингапура разработала новый класс фотокатализаторов, в основе которых лежат углеродные ковалентные органические каркасы (COF). Новую систему можно использовать для производства водорода из воды с использованием солнечной энергии.

Химики создали прочный органический материал, в котором строительные блоки на основе углерода соединены специфическими связями упорядоченным образом. Эта уникальная молекулярная структура выглядит как сложенные слои двумерных сетей и способна эффективно собирать солнечный свет. Исследователи вводили в COF наночастицы платины в качестве реакционных центров. При облучении системы видимым светом с длиной волны более 420 нанометров в течение пяти часов они наблюдали выделение водорода.

Новый фотокатализатор имеет несколько молекулярных механизмов, которые позволяют ему эффективно получать газообразный водород из воды. Он состоит из углеродных мостиков, соединенных π-связями. Это позволяет материалу поглощать свет от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Исследователи также спроектировали периферию (самое крайнее положение) слоистой двумерной решетки с электронно-дефицитными блоками для синтетического управления электронными и фотоэлектрическими свойствами фотокатализатора. Кроме того, поскольку структура имеет плотные и упорядоченные столбчатые π-массивы, они облегчают миграцию экситонов (экситон-связанное состояние электронно-дырочной пары) и перенос заряда в системе.

«Наночастицы, такие как платина, можно внедрить в поры или поместить на поверхность фотокатализатора, чтобы они действовали в качестве реакционных центров. Это сокращает расстояние переноса электронов и способствует их накоплению, улучшая эффективность преобразования, — отметил сотрудник Национального университета Сингапура Цзян Дунлинь. — Мы ожидаем, что эта работа может предложить структурную и механическую основу для масштабируемого и устойчивого производства топлива из воды и солнечного света».

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