Искусственный фотосинтез воспользуется половиной энергии Солнца

Ученые создали новый полупроводник, который можно использовать в системах искусственного фотосинтеза. Он уникален тем, что может использовать инфракрасную часть спектра Солнца для того, чтобы преобразовывать углекислый газ в угарный и кислород. На эту часть спектра приходится примерно половина приходящей к Земле энергии. Статья с описанием работы опубликована в журнале Joule.

Технологии искусственного фотосинтеза, использующие энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в углеводы и кислород, высоко востребованы в связи с тем, что их можно использовать в химическом синтезе. Некоторые из подобных систем уже обогнали многие растения по эффективность преобразования света, но пока что ни одной не удавалось использовать излучение инфракрасного диапазона.

«Со времен первого упоминания фотовосстановления углекислого газа в 1978 году, никому не удавалось использовать для этого инфракрасный свет, — говорит главный автор статьи И Се из Научно-технического университета Китая. — Это связано с относительно небольшой энергией инфракрасных фотонов, которая не позволяет непосредственно запустить реакцию разделения диоксида углерода».

Ученые смогли преодолеть эти трудности благодаря слоистому полупроводнику из оксида вольфрама WO₃, обедненного кислородом. Пустоты вместо атомов кислорода создают промежуточный уровень энергии, который позволяет реакции протекать, так как теперь ИК-фотону с длиной волны вплоть до тысяч нанометров хватает энергии для перевода электрона из валентной зоны на промежуточный уровень и с промежуточного уровня в зону проводимости. У других полупроводников с достаточного узкой для поглощения инфракрасного света шириной запрещенной зоны нет необходимого восстановительного потенциала для фотокаталитических реакций, таких как расщепление воды или восстановление углекислого газа.

В предварительных опытах каталитическая активность полупроводника не ухудшилась после трех дней непрерывных экспериментов. Для того, чтобы превратить полученный материал в коммерческий продукт, еще необходимо улучшить эффективность преобразования, однако работа в любом случае демонстрирует преодолимость препятствий перед использованием ИК-излучения в искусственном фотосинтезе.

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