Ученые Томского политехнического университета совместно с исследователями из Чехии разработали новый двумерный материал для получения водорода — основы альтернативной энергетики. Материал эффективно генерирует молекулы водорода из пресной, соленой и загрязненной воды под действием солнечного света.
Результаты исследования представлены в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8,758; Q1).
«Водород — альтернативный источник энергии, развитие водородных технологий может стать решением энергетических проблем человечества. Однако не решен целый ряд вопросов. В частности, ученые все еще в поиске разных методов получения водорода — как его получать много, максимально экологично и быстро. Один из основных вариантов — это разложение воды под действием света. Воды на нашей планете много, однако далеко не все методы работают с соленой или загрязненной водой. Кроме того, мало кто из ученых задействует инфракрасный спектр, а это 43 % от всего солнечного света», — отмечает один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова.
Разработанный материал представляет собой трехслойную конструкцию толщиной всего около 1 микрометра. Нижний слой — тонкая пленка золота, второй слой толщиной менее 10 нанометров состоит из платины, третий — пленка металл-органических каркасов из соединений хрома и органических молекул.
«Во время экспериментов мы просто заливали материал водой и герметично закрывали емкость, чтобы делать периодические отборы газовых проб для определения количества водорода. Под действием инфракрасного света на поверхности образца наблюдалось возбуждение плазмонного резонанса. При этом «горячие» электроны, генерируемые на золотой пленке, переносились в слой платины. Эти электроны затем инициировали восстановление протонов на границе с органическим слоем. В случае достижения электронами каталитических центров металл-органических каркасов последние использовались также для восстановления протонов и получения водорода», — поясняет Ольга Гусельникова.
Как показали эксперименты, 100 квадратных сантиметров материала могут сгенерировать 0,5 литра водорода за один час — это один из самых больших показателей, зафиксированных для двумерных материалов.
«Металлоорганический каркас в данном случае выступал еще и фильтром. Он отсеивал загрязнения и пропускал к слою металлов уже очищенную воду без примесей. А это очень важно, потому что, хотя воды на Земле много, основной ее объем — это соленая вода, также очень много уже загрязненной воды. И именно с такой водой нужно учиться работать», — отмечает исследователь.
В дальнейшем ученые намерены доработать материал, чтобы он одинаково эффективно работал как в инфракрасном спектре, так и в видимом.
«Материал и сейчас демонстрирует определенную абсорбцию в области видимого света, однако его эффективность несколько ниже, чем в инфракрасной зоне. После доработки можно будет говорить о том, что материал работает с 93 % спектрального объема солнечного света», — добавляет Ольга Гусельникова.
Исследование ведется в сотрудничестве с учеными из Университета химии и технологии Праги и Университета Яна Пуркине (Чехия).
Пресс-служба Томского политехнического университета
