Кредит: Томски политехнически университет
Изследователите разработиха нов 2D материал за производство на водород, който е в основата на алтернативната енергия; материалът ефективно генерира молекули на водород от прясна, солена и замърсена вода чрез излагане на слънчева светлина.
Учените от Томския политехнически университет, съвместно с екипи от Университета по химия и технологии, Прага и Университета Ян Евангелиста Пуркине в Усти над Лабем, са разработили нов 2D материал за производство на водород, който е в основата на алтернативната енергия. Материалът ефективно генерира молекули на водород от прясна, солена и замърсена вода чрез излагане на слънчева светлина. Резултатите са публикувани в ACS Applied Materials & Interfaces.
„Водородът е алтернативен източник на енергия. По този начин развитието на водородните технологии може да се превърне в решение на глобалното енергийно предизвикателство. Има обаче редица проблеми, които трябва да бъдат решени. По-специално учените все още търсят ефективни и екологични методи за производство на водород. Един от основните методи е разграждането на водата чрез излагане на слънчева светлина. На нашата планета има много вода, но само няколко метода, подходящи за солена или замърсена вода. Освен това малцина използват инфрачервения спектър, който е 43% от цялата слънчева светлина “, отбелязва Олга Гуселникова, един от авторите и изследовател на Изследователското училище по химия и приложни биомедицински науки на TPU.
Разработеният материал е трислойна структура с дебелина 1 микрометър. Долният слой е тънък златен филм, вторият е направен от 10-нанометрова платина, а третият е филм от метално-органични рамки от хромови съединения и органични молекули.
„По време на експериментите напоихме материал и запечатахме контейнера, за да вземем периодични проби от газ, за да определим количеството водород. Инфрачервената светлина причинява възбуждане на плазмонен резонанс на повърхността на пробата. Горещите електрони, генерирани върху златния филм, се прехвърлят в платинения слой. Тези електрони инициират редукцията на протоните на границата с органичния слой. Ако електроните достигнат каталитичните центрове на метало-органичните рамки, последните също се използват за намаляване на протоните и получаване на водород “, обяснява Олга.
Експериментите показват, че 100 квадратни сантиметра от материала могат да генерират 0,5 литра водород за един час. Това е един от най-високите проценти, регистрирани за 2D материали.
„В този случай метално-органичната рамка също действаше като филтър. Той филтрира примесите и преминава вече пречистена вода без примеси към металния слой. Това е много важно, защото, въпреки че на Земята има много вода, основният й обем е или солена, или замърсена вода. По този начин трябва да сме готови да работим с този вид вода “, отбелязва тя.
В бъдеще учените подобряват материала, за да го направят ефективен както за инфрачервения, така и за видимия спектър.
„Материалът вече демонстрира определена абсорбция във видимия светлинен спектър, но ефективността му е малко по-ниска, отколкото в инфрачервения спектър. След подобрение ще бъде възможно да се каже, че материалът работи с 93% от спектралния обем слънчева светлина “, добавя Олга.
Справка: „Индуцирано от плазмони разделяне на водата - чрез гъвкава хибридна 2D архитектура до водород от морска вода под NIR светлина“ от Олга Гуселникова, Андрий Трелин, Елена Милютина, Роман Елашников, Петр Сайдл, Павел Постников, Зденка Колска, Вацлав Сворчик и Алексий Лютаков, 1 юни 2020 г., Приложни материали и интерфейси на ACS.
DOI: 10.1021/acsami.0c04029
Изследванията се провеждат в сътрудничество с Университета по химия и технологии, Прага и Университета Ян Евангелиста Пуркине в Усти над Лабем. Този изследователски проект е използван в приложение, подкрепено от Програмата за повишаване на конкурентоспособността на TPU (VIU-ISHKHBMT-194/2020, научен ръководител е доц. Павел Постников, Изследователско училище по химия и приложни биомедицински науки на TPU.