Гетероструктура помогла синтезировать водород под действием света

Philip Kalisman

Химики из Израиля настроили параметры созданной ими ранее гетероструктуры на основе селенида и сульфида кадмия с частицей платины так, чтобы использовать энергию солнечного света с максимальной эффективностью для производства водорода из воды. О своей разработке авторы рассказали в статье журнала ACS Nano Letters.

Ученые из Израильского технологического института (Техниона) ставили перед собой цель создать фотокатализатор, который может расщеплять воду на водород и кислород. Для этого они решили модифицировать созданный еще в 2016 году материал — гетероструктуру, состоящую из стержня сульфида кадмия со встроенной в него квантовой точкой на основе селенида того же металла. Кроме того, на острие такого стержня находилась наночастица платины.

Система позволяла под действием солнечного света расщеплять воду на протоны и гидроксид-анионы. Частица селенида притягивала положительно заряженные ионы, а отрицательные накапливались на конце структуры. В новой работе ученые экспериментировали с размерами составляющих частей гетероструктуры и в результате добились того, что эффективность поглощения солнечного света у нее достигла 100%. Это значит, что вся энергия излучения, направленного на систему, шла на преобразования воды в водород и кислород.

Новый материал оказался способен создавать примерно 360 тысяч молекул водорода в час. В более ранней работе ученые анализировали только реакцию восстановления — получения молекулярного водорода. Для полноценной работы системы необходимо также эффективное окисление и получение кислорода. Но продукты окисления могут серьезно повлиять на работу катализатора и исследователи искали способ справиться с этим.

Поэтому химики искали соединения, которые могут окисляться вместо воды. Поиски привели исследователей к бензиламину. Авторы показали, что можно создавать водород из воды, одновременно превращая бензиламин в бензальдегид. Новая фотокаталитическая система, в отличие от предыдущей, оказалась более близкой к искусственному фотосинтезу. Она смогла использовать энергию солнечного света для получения кислорода и водорода из воды с эффективностью в 4,2%. Это довольно близко к порогу, который установило Министерство энергетики США для практического применения подобной технологии. Кроме того, эта цифра в два раза больше предыдущего рекорда эффективности.

Теперь исследователи обучают нейросеть и планируют использовать ее для поиска более эффективных материалов для катализаторов. Также ученые не исключают возможность использования белков для ускорения этого процесса.

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