Ученые создали дешевый и эффективный материал для водородной энергетики

Повысить эффективность преобразования солнечного света в энергию для производства водорода до рекордных уровней смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с китайскими коллегами. По словам исследователей, им удалось найти недорогой и экологически чистый способ обработки популярного фотокаталитического материала, который позволит достичь новой эры в чистой энергетике. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental.

По мнению некоторых ученых, технологический уровень человечества может быть измерен способностью использовать энергию природных источников, включая Солнце. Энергия солнечного излучения может стать основой новой, более экологичной энергетики, и сделать жизнь людей лучше во многих отношениях.

Фотокатализаторы, ускоряющие химические реакции под действием света, могут быть значительно более дешевыми и экологичными при синтезе энергии, чем применяемые сегодня для этой цели токсичные химикаты. Однако, по словам ученых, существующие фотокатализаторы недостаточно эффективны или слишком дороги. Поэтому улучшение характеристик таких материалов стало актуальным направлением исследований для ученых во всем мире.

Ученые ТПУ в сотрудничестве с коллегами из Китая нашли способ изменить микроструктуру нитрида углерода — важного фотокаталитического материала. Они обработали его водой при высоких температурах для создания пористых нанослоев с включениями молекул кислорода.

"Нитрид углерода — многообещающий и недорогой материал, который можно легко синтезировать высокотемпературной реакцией мочевины или других соединений азота и углерода. Мы использовали водяной пар и высокотемпературную обработку фотокатализатора, чтобы вызвать разделение толстых слоев с низкой производительностью на ультратонкие слои, которые имеют гораздо лучшие характеристики для генерации водорода с использованием солнечного света", — рассказал профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

По его словам, международная команда исследователей создала новый тип материала, который может лучше работать в видимом диапазоне спектра, повышая его энергоэффективность до рекордных уровней.

С помощью компьютерных расчетов на атомном уровне ученые смогли разобраться в причинах появления уникальных свойств у обработанного нитрида углерода. Они также проверили стабильность материала с течением времени в условиях генерации водородного топлива — главного направления возможного применения разработки.

Профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес

«Наше открытие делает этот материал более привлекательным для крупномасштабного промышленного производства водорода на солнечных фермах. Мы сосредоточились на производстве водорода, учитывая огромный потенциал этого чистого топлива в топливных элементах для производства электроэнергии или в двигателях внутреннего сгорания, производящих только воду в качестве побочного продукта», — отметил профессор.

В планах ученых — усовершенствовать разработанные ими методы обработки сырья для развития водородной энергетики. По их словам, это должно способствовать лидирующим позициям России и Китая в этой отрасли.