Исследователи из Великобритании создали устройства, изготовленные из легкодоступных и экологичных фотоматериалов, которые способны в течение нескольких недель производить чистый водород из воды. Об этом сообщает портал The Brighter Side. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Научная группа под руководством доктора Вирджила Эндрю из колледжа Святого Иоанна Кембриджского университета, совместно с учеными Имперского колледжа Лондона, ставила задачу решения одной из ключевых проблем в производстве водородного топлива, которая заключалась в том, что современные светопоглощающие материалы ограничены либо их характеристиками, либо стабильностью.
Водородное топливо будет играть решающую роль в намеченном переходе Великобритании к 2050 году на уровень нулевых выбросов углерода. Поскольку большая часть водорода в настоящее время производится из ископаемого топлива, исследователи сейчас работают над поиском способов более устойчивого производства водорода. Один из способов добиться этого – создать устройства, которые могут собирать солнечный свет и расщеплять воду для производства так называемого «зеленого» (экологичного) водорода.
Хотя для этих целей испробовались многие светопоглощающие материалы, большинство из них быстро разлагаются при погружении в воду. А такие перспективные из них, с точки зрения светособирающей эффективности, как перовскиты – содержат свинец, что вызывает дополнительные экологические риски.
Оксийодид висмута (BiOI) представляет собой нетоксичную альтернативу полупроводникам, которой ранее не уделялось должного внимания при использовании в солнечных панелях из-за его плохой стабильности. Но, основываясь на предыдущих выводах о потенциале BiOI, британские исследователи решили пересмотреть перспективы этого материала для производства зеленого водорода.
Доктор Роберт Хой, преподаватель кафедры материалов Имперского колледжа Лондона, объяснил: «Оксийодид висмута имеет энергетические уровни в нужных параметрах для расщепления воды. Несколько лет назад мы продемонстрировали, что солнечные элементы BiOI более стабильны, чем те, в которых используются современные поглотители света из перовскита. Мы хотели посмотреть, сможем ли мы перевести эту стабильность на производство экологически чистого водорода».
Исследовательская группа создала устройства, имитирующие естественный процесс фотосинтеза, происходящий в листьях растений, за исключением того, что вместо сахаров в итоге производится чистый водород. Эти искусственные устройства были сделаны из BiOI и других экологичных углеродистых материалов, собирая солнечный свет для расщепления воды с получением чистого водорода.
Стабильность работы устройств позднее повысили, вставив BiOI между двумя оксидными слоями. Прочная конструкция устройства на основе оксида была дополнительно покрыта водоотталкивающей графитовой пастой, предотвращающей проникновение влаги. Эти меры увеличили длительность действия светопоглощающих пикселей до двух месяцев, включая время хранения устройств.
Новые устройства с несколькими светопоглащаяющими пикселями показали высокую производительность и способность к масштабированию на большей площади. Помимо этого, повышенная эффективность позволила устройству не только производить чистый водород, но и восстанавливать CO2 до синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода) – важного промежуточного продукта в промышленном синтезе химикатов и фармацевтических препаратов.
Полученные данные демонстрируют, что эти новые устройства способны бросить вызов существующим поглотителям света. Новые способы сделать устройства с искусственными фотосинтезирующими «листьями» на основе BiOI более стабильными теперь можно перенести на другие перспективные системы, помогая вывести их на рынок.