Ученые Томского политехнического университета вместе со специалистами из Чехии создали революционный двумерный материал для получения водорода. Этот перспективный материал эффективно производит молекулы водорода под солнечным светом как из пресной, так и из соленой или загрязненной воды, открывая новые горизонты для альтернативной энергетики.
Ключ к решению энергетических вызовов: роль водорода
«Водород — перспективная альтернатива традиционному топливу, способная ответить на глобальные энергозадачи. Но ключевые вопросы остаются: как производить его в больших объемах экологично и быстро? Преобразование воды светом — один из ведущих методов. Проблема в том, что Земля богата соленой и грязной водой, а большинство методов ее не используют. Еще одна недооцененная возможность — инфракрасный спектр солнца, составляющий 43% света», — поясняет соавтор разработки, Ольга Гусельникова из Томского политехнического университета.
Уникальная трехслойная структура материала
Секрет эффективности кроется в конструкции материала толщиной около 1 микрона. Основу составляет тонкая золотая пленка, за ней следует платиновый слой (до 10 нм), а сверху — пленка металл-органических каркасов, созданных на основе соединений хрома.
Как работает солнечный преобразователь топлива
«В эксперименте мы герметично помещали материал в воду. Под инфракрасным излучением возник плазмонный резонанс. «Горячие» электроны генерировались в золоте, мигрировали в платину и начинали восстанавливать протоны на границе с верхним слоем. Достигая каталитических центров металлоорганических структур, электроны также запускали реакции восстановления протонов с выделением водорода», — уточняет Ольга Гусельникова.
Рекордная эффективность и встроенная фильтрация
Тесты показали выдающийся результат: каждый квадратный метр материала мог бы производить 50 литров водорода в час — один из лучших показателей для двумерных систем. Важная особенность: металлоорганический каркас одновременно служил фильтром, отсеивая примеси и подавая к металлам чистую воду. «Это критически важно, учитывая глобальный объем именно соленых и загрязненных водных ресурсов», — подчеркивает ученый.
Будущее: использование всего солнечного спектра
Сейчас команда работает над повышением эффективности материала в видимом диапазоне света. «Хотя сейчас абсорбция видимого света есть, его эффективность пока уступает ИК-зоне. После доработки мы сможем задействовать до 93% энергии солнца, что станет значимым шагом вперед», — добавляет Ольга Гусельникова.
Работы ведутся при сотрудничестве с ведущими научными центрами Чехии: Университетом химии и технологии Праги и Университетом Яна Пуркине.
Источник: scientificrussia.ru
