Эффективный материал для получения водорода разработали в Швеции
Нанопористый кубический карбид кремния, который при воздействии солнечной радиации способен эффективно расщеплять воду с получением водорода, разработали исследователи из университета Линчепинга (Швеция), 19 февраля сообщает журнал ACS Nano.
Одним из перспективных источников возобновляемой энергии является газообразный водород, получаемый из воды с помощью солнечного света. Водород имеет плотность энергии в три раза большую, чем бензин. Его можно использовать для выработки электроэнергии с помощью топливного элемента.
Производство газообразного водорода путем расщепления молекул воды солнечной энергией — это метод, основанный на возобновляемых источниках энергии, и не приводит к выбросам углекислого газа. Так же таким способом можно запасать солнечную энергию.
«Обычные солнечные батареи производят энергию в дневное время, и энергия должна либо использоваться немедленно, либо храниться, например, в батареях. Водород — это перспективный источник энергии, который может храниться и транспортироваться таким же образом, как и традиционные виды топлива — бензин и дизельное топливо», — говорит Цзяньву Сун, старший преподаватель кафедры физики, химии и биологии университета Линчепинга.
Однако расщепить воду, используя энергию солнечного света для получения газообразного водорода, — задача не из легких. Для этого необходимо найти экономически эффективные материалы, обладающие нужными свойствами для реакции, в которой вода расщепляется на водород и кислород посредством фотоэлектролиза.
Энергия солнечного света, которая может быть использована для расщепления воды, в основном представлена ультрафиолетовым излучением и видимым светом. Поэтому необходим материал, способный эффективно поглощать такое излучение для создания зарядов, которые могут быть разделены и иметь достаточно энергии, чтобы расщепить молекулы воды на водород и кислород.
Большинство материалов, которые были исследованы до сих пор, либо неэффективны в том, как они используют энергию видимого солнечного света (диоксид титана, например, поглощает только ультрафиолетовый солнечный свет), либо не обладают свойствами, необходимыми для расщепления воды до газообразного водорода (например, кремний).
Исследовательская группа университета Линчепинга изучила кубический карбид кремния 3C-SiC. Этот материал имеет множество чрезвычайно мелких пор.
Он может эффективно улавливать ультрафиолет и большую часть видимого солнечного света. Кроме того, пористая структура способствует разделению зарядов, обладающих необходимой энергией, в то время как мелкие поры дают большую площадь активной поверхности. Это усиливает перенос заряда и увеличивает количество реакционных центров, тем самым еще больше повышая эффективность расщепления воды.
«Основной результат, который мы показали, заключается в том, что нанопористый кубический карбид кремния обладает более высокой эффективностью разделения заряда, что делает расщепление воды до водорода намного лучше, чем при использовании плоского карбида кремния», — говорит Цзяньву Сун.
