Американские ученые разработали устройство, проводящее искусственный фотосинтез и расщепляющее воду на водород и кислород с помощью солнечного света с эффективностью 6%. Новый девайс почти в 10 раз эффективнее других подобных разработок. Исследование опубликовано в журнале Nature.
В настоящее время водород получают из метана и углеводородного сырья. Однако растения способны синтезировать этот газ иначе — при расщеплении воды с помощью солнечного света. Сейчас человечество пытается снизить выбросы углекислого газа в борьбе с глобальным потеплением, так что водород привлекает все больше внимания. Его можно использовать в качестве топлива и сам по себе, и как компонент в смеси с переработанным углекислым газом. Кроме того, водород необходим для ряда химических процессов, например в производстве удобрений. Именно поэтому ученые ищут более экологичные способы получения водорода. Одним из таких методов является искусственный фотосинтез.
Ученые разработали устройство, которое проводит искусственный фотосинтез. Его ключевой элемент — катализатор-полупроводник, состоящий из наноструктур нитрида галлия. По этим наноструктурам разбросаны наноразмерные металлические шарики иридия. Наноструктуры при этом нанесены на кремниевую подложку. Катализатор способен захватывать свет и переводить его в свободные электроны и дырки (носители положительного заряда). Само устройство представляет собой небольшую панель, в которой катализатор-полупроводник размещен под слоем воды. Поверх панели помещен изоляционный слой, который поддерживает температуру 75 °С. Она достаточно высока для того, чтобы ускорять течение реакции, но при этом не вредить катализатору. В лабораторных условиях с помощью устройства ученые смогли получать водород с эффективностью в 9%. Эксперимент также повторяли на улице, где температуру и интенсивность солнечного света тяжелее регулировать. Тогда эффективность снизилась до 6%. Тем не менее устройство все еще в 10 раз эффективнее других подобных разработок, проводящих искусственный фотосинтез.
Чтобы добиться такой эффективности, ученые предприняли два шага. Во-первых, они смогли концентрировать солнечный свет, при этом не разрушая сам катализатор. Для этого полупроводниковый элемент пришлось уменьшить в 100 раз по сравнению с другими разработками. Во-вторых, для расщепления воды используется и высоко-, и низкоэнергетическая части спектра, что также позволяет повысить эффективность.
В дальнейшем ученые планируют улучшить КПД устройства еще больше. Они надеются, что с помощью их девайса можно будет получать чистый водород, пригодный для использования в качестве топлива.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
