Прорив у сонячному фотолізі води для виробництва водню!

Запровадження стратегій «викидів вуглецю» та «нейтральності вуглецю» призвело до скорочення викидів вуглецю, причому водень є привабливим варіантом як чисте паливо. З іншого боку, водень також необхідний для багатьох хімічних процесів, таких як виробництво добрив. Однак наразі водень отримують переважно шляхом перетворення води та газу, процес, який не лише генерує великі викиди вуглецю, але й споживає велику кількість теплової енергії.

Природний фотосинтез (рослини використовують сонячне світло для отримання атомів водню з води) добре відомий, але чи існує техніка «штучного фотосинтезу» для отримання водню? Фотокаталітичне виробництво водню на основі повного гідролізу є екологічно чистою та довгостроковою технологією, яка споживає лише сонячне світло та воду та не створює жодних викидів вуглецю, тому вона зараз привертає велику увагу. Однак низька ефективність перетворення сонячної енергії на водень (STH) сучасних фотокаталітичних THM обмежує їх практичне застосування.

Маючи це на увазі, команда професора Йонедзава з Мічиганського університету розробила стратегію досягнення ефективності STH до 9,2 відсотка за допомогою чистої води, концентрованого сонячного світла та фотокаталізатора нітриду індію-галію, який імітує ключові етапи природного фотосинтезу. Експерименти на відкритому повітрі показують, що це значний стрибок у розвитку технології, оскільки він майже в 10 разів ефективніший, ніж аналогічні експерименти з розділення води на сонячній енергії. Зокрема, дослідники продемонстрували, що фотокаталітичний загальний розпад води на поверхнях InGaN/GaN не тільки сприяє прямій реакції розкладання води, але й пригнічує зворотну реакцію воднево-кисневого комплексоутворення через інфрачервоний тепловий ефект, створюваний високоінтенсивним сфокусованим сонячним світлом, що дозволяє Нанодроти InGaN демонструють надзвичайно високу фотокаталітичну загальну ефективність дезінтеграції води. Результати дослідження були опубліковані в останньому номері журналу Nature під назвою «Ефективність перетворення сонячної енергії на водень понад 9 відсотків у фотокаталітичному розщепленні води».