Российские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водорода под действием света. Разработанные материалы представляют собой пористые «губки» из графитоподобного нитрида углерода с наночастицами платины. Система показала одно из самых высоких значений фотокаталитической активности среди всех известных аналогов при малом содержании благородного металла. Статья опубликована в журнале Chemical Engineering Journal.
Стремительное сокращение запасов природного углеводородного сырья и общемировой тренд на снижение углеродного следа определили одно из важных направлений современных исследований — разработку новых недорогих источников энергии. Большие надежды ученые возлагают на солнечную энергетику. Кроме того, в качестве топлива можно использовать водород. Этот газ обладает высокой плотностью энергии, превышающей таковую для дизеля в 6 раз, а для бензина — в 12.
Ученые из Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН и Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН разработали подход, который объединяет два этих перспективных направления, — способ фотокаталитического получения водорода из воды под действием видимого света. До сих пор не существовало достаточно эффективного и одновременно стабильного фотокатализатора.
Авторы представили простой способ синтеза высокоактивного материала без использования токсичных растворителей. Пористую основу из нитрида углерода ученые изготовили путем термического разложения цианурата меламина — широко применяемого в химической промышленности комплекса, в котором две органические кислоты соединены водородными связями. Такой материал является катализатором благодаря своим полупроводниковым свойствам. Под действием света в нем формируются электрон-дырочные пары, вступающие в химические превращения с адсорбированными на поверхности материала молекулами. Однако гораздо лучше полупроводник будет работать, если на него нанести сокатализатор, например платину, как и сделали ученые.
Подход позволил получить систему с самым высоким показателем «частоты оборотов» выработки водорода среди всех известных на данный момент фотокатализаторов — 1650 молекул газа, генерируемых единственным атомом платины за час. Катализатор оказался также достаточно стабильным, и после проведения реакции его кристаллическая структура и химический состав практически не изменились.
«Мы также собрали демонстрационную фотокаталитическую установку, для которой нам еще предстоит подобрать оптимальный состав реакционной смеси. Полученные результаты послужат научной основой при создании прототипов устройств для получения водорода под действием солнечного света. Фактически разрабатываемый подход может рассматриваться в будущем как основа для развития солнечной водородной энергетики», — говорит руководитель проекта по гранту РНФ Екатерина Козлова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
