Солнечная искра и потенциал водорода

Учёные разработали новый катализатор на основе нанолистов, способный эффективно расщеплять воду с использованием солнечного света и электрической энергии. Эта технология открывает путь к производству чистого водорода для энергетических нужд.

Ещё в XIX веке британские исследователи открыли, что пропускание электрического тока через воду приводит к её расщеплению на водород и кислород, сопровождаясь характерным шипением и образованием пузырьков. Сегодня этот процесс, известный как электролиз воды, рассматривается как экологически безопасный метод получения водорода, не сопровождающийся выбросами углекислого газа.

Современные технологии расщепления воды используют возобновляемую энергию в электрохимических системах, где катализаторы помогают ускорить разделение воды на составляющие. Полученный водород служит чистым топливом, единственным побочным продуктом которого является вода, что делает его привлекательным для устойчивой энергетики.

Катализаторы играют решающую роль в этом процессе, так как они снижают энергетические затраты и ускоряют реакцию. Однако существующие сегодня катализаторы зачастую не обладают достаточной эффективностью, что ограничивает их массовое применение и делает производство водорода более дорогим.

Чтобы преодолеть эти препятствия, группа учёных сосредоточилась на создании более эффективного и доступного катализатора для электролиза воды. Они внедрили кремний (Si) в нанолисты из слоистого двойного гидроксида цинка и алюминия (ZnAl-LDH), чтобы повысить их производительность при воздействии солнечного света.

Нанолисты идеально подходят для таких задач благодаря своей двумерной структуре, которая улучшает поглощение света, ускоряет разделение и транспортировку фотовозбуждённых зарядов, а также увеличивает количество активных каталитических центров. Всё это делает их более эффективными по сравнению с традиционными материалами.

Использование солнечной энергии позволяет сократить потребление электроэнергии, делая процесс более энергоэффективным и снижая его стоимость.

Для создания усовершенствованного катализатора учёные использовали метод химического отшелушивания, который позволяет получать ультратонкие слои материала. Эти слои предоставляют большую активную поверхность, что способствует улучшению процессов, таких как расщепление воды.

Проведённые испытания в трёхэлектродной системе под воздействием света показали впечатляющие результаты. Введение кремния улучшило транспортировку зарядов и увеличило количество реактивных центров, что снизило энергозатраты и повысило эффективность катализатора по сравнению с традиционными аналогами.

Эти исследования продемонстрировали, что комбинирование солнечной энергии и электричества может обеспечить доступный и высокоэффективный способ производства экологически чистого водорода. Сейчас команда работает над дальнейшим улучшением структуры нанолистов, чтобы повысить их производительность и масштабируемость в реальных условиях.