Водородное топливо с помощью воды и солнечного света

Исследователи из Университета Осака разрабатывают новый фотокатализатор без использования металла и демонстрируют производство водорода с помощью воды.

Водород является самым распространенным элементом во вселенной, и многие считают его потенциальным чистым топливом будущего. Вода и ископаемое топливо содержат большое количество водорода, но разблокировка молекулярного дигидрогенного топлива из этих источников требует большого количество энергии, что ставит под сомнение любую будущую водородную экономику.

Производство водорода при помощи воды и с использованием солнечной энергии может привести к дешевому и чистому водородному топливу. Однако этот процесс в настоящее время основывается на фотокатализаторах, содержащих дорогостоящие драгоценные металлы, ограничивая его емкость.

Теперь исследователи, работающие в Университете Осаки, разработали новый вид фотокатализатора для производства водорода из воды, который не только не содержит дорогих металлов, но также поглощает более широкий диапазон солнечного света, чем когда-либо прежде. Недавно группа сообщила о результатах своей работы в «Журнале Американского химического общества» (American Chemical Society).

«Мы были рады произвести ощутимое количество водорода, полученного из воды, используя наш новый композитный фотокатализатор с графитовым нитридом углерода и черным фосфором», - сказал ведущий автор Тетсуро Маджима (Tetsuro Majima).

«Но мы были удивлены узнав, что даже при использовании слабого света в ближнем ИК-диапазоне, фотокатализатор продолжал производить водород».

Как и графит, графитовый нитрид углерода образует листы, но листы нитрида углерода также имеют отверстия, которые могут взаимодействовать с молекулами водорода.

В прошлом фотокатализаторы на основе нитрида углерода нуждались в участии драгоценных металлов для производства водорода из воды. Исследователи обнаружили, что металл можно заменить каким-то фосфором, который является широко распространенным и недорогим элементом.

Ученые продемонстрировали, что их фотокатализатор эффективен для производства водорода из воды с использованием энергии разного излучения света. Самым необычным является то, что даже ближний инфракрасный свет с низкой энергией может привести к образованию водорода.

Исследования рабочего фотокатализатора в пикосекундном масштабе времени показали, что сильные взаимодействия между нитридом углерода и черным фосфором в композите способствуют образованию водорода. Когда два материала испытывали отдельно, энергия от солнечного света быстро рассеивалась и почти не производился водород.

«Водородная экономика сталкивается с множеством проблем, но наша работа демонстрирует потенциал для эффективного и дешевого производства водорода из воды с помощью фотокатализатора, основанного на широко распространенных элементах. Это важный шаг в направлении создания других водородных технологий, экономически и экологически жизнеспособных», сказал Тетсуро Маджима.