Прорыв в солнечном фотолизе воды для производства водорода!

Внедрение стратегий «углеродного пика» и «углеродно-нейтрального» привело к сокращению выбросов углерода, при этом водород стал привлекательным вариантом в качестве чистого топлива. С другой стороны, водород также необходим для многих химических процессов, таких как производство удобрений. Однако в настоящее время водород получают в основном путем преобразования воды и газа, процесса, который не только приводит к большим выбросам углерода, но и потребляет большое количество тепловой энергии.

Естественный фотосинтез (растения используют солнечный свет для получения атомов водорода из воды) хорошо известен, но существует ли метод «искусственного фотосинтеза» для получения водорода? Фотокаталитическое производство водорода на основе полного гидролиза является экологически чистой и устойчивой технологией, потребляющей только солнечный свет и воду и не производящей никаких выбросов углерода, поэтому в настоящее время она привлекает большое внимание. Однако низкая эффективность преобразования солнечной энергии в водород (STH) современных фотокаталитических ТГМ ограничивает их практическое применение.

Имея это в виду, команда профессора Йонезавы из Мичиганского университета разработала стратегию достижения эффективности STH до 9,2% с использованием чистой воды, концентрированного солнечного света и фотокатализатора нитрида галлия индия, который имитирует ключевые этапы естественного фотосинтеза. Эксперименты на открытом воздухе показывают, что это значительный шаг вперед для технологии, которая почти в 10 раз эффективнее, чем аналогичные эксперименты по расщеплению воды на солнечной энергии. В частности, исследователи продемонстрировали, что фотокаталитический полный распад воды на поверхностях InGaN/GaN не только способствует прямой реакции разложения воды, но также ингибирует обратную реакцию комплексообразования водорода и кислорода за счет инфракрасного теплового эффекта, создаваемого высокоинтенсивным сфокусированным солнечным светом, что позволяет Нанопроволоки InGaN обладают чрезвычайно высокой фотокаталитической эффективностью полной дезинтеграции воды. Результаты исследования были опубликованы в последнем номере журнала Nature под заголовком «Эффективность преобразования солнечной энергии в водород более 9 процентов при фотокаталитическом расщеплении воды».