Полупроводниковые нанокристаллы помогут производить водородное топливо
 Схематическое изображения процесса взаимодействия света с нанокристаллом селенида кадмия. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В процессе фотосинтеза растения преобразовывают солнечное излучение в энергию, полезную для своей жизнедеятельности. Большинство искусственных систем фотосинтеза, разработанных учеными, пытаются имитировать этот естественный процесс за счет применения светопоглощающих молекул (хромофоров), как правило, полученных из органических красителей. Эти молекулы применяются для фотохимического расщепления воды на и , при этом водород производится в так называемой восстановительной части реакции, а кислород – в окислительной. Две эти реакции являются частью единого процесса, позволяющего преобразовать свет в энергию.
Проблема искусственного фотосинтеза по такой схеме заключается в том, что подобные технологии не долговечны и не эффективны. Лучи солнца постепенно повреждают, а затем уничтожают поглощающие свет молекулы в течение всего лишь нескольких часов. Теперь же группа исследователей из University of Rochester (США) разработала принципиально новую систему для генерации водорода, включающую в себя квантовые точки из селенида , а также катализаторы: соль никеля и аскорбиновую кислоту (витамин С). Схема работы методики достаточно проста. Квантовые точки из селенида кадмия сначала поглощают два фотона, после чего передают 2 электрона никелевому катализатору, который после этого принимает также два протона для производства водорода.
В отличие от использовавшихся ранее схем, такая система может функционировать в течение нескольких недель, а эффективность ее работы достигает 36% (в воде). Если же раствор представляет собой смесь воды и этанола, эффективность возрастает до 66%. Столь высокие значения КПД еще никогда не наблюдались для систем подобного рода. На сегодняшний день проблема предложенной методики заключается лишь в том, что витамин С, выступающий в роли донора электронов, должен постоянно пополняться в ходе реакции.
Хотя исследователи уверены, что предложенная ими система объективно лучше, чем использовавшиеся ранее схемы, имитирующие фотосинтез при помощи органических молекул (как было отмечено выше, молекулы деградируют со временем), они пока не могут объяснить, откуда берется такая разница в эффективности. Как они считают, глубокое изучение предложенной методики поможет лучше понять восстановительную сторону реакции фотосинтеза, что в будущем может привести к более выгодному процессу расщепления воды.
Как считают ученые, разработанный ими процесс может найти применение в экологически чистой электроэнергетике, а также в промышленности, например, в процессе производства аммиака. Правда, как заявляют сами исследователи, от истинного процесса фотосинтеза они в своей работе пока очень далеко.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Sciencexpress. В ближайшем будущем команда планирует опробовать в рамках разработанной методики другие наносистемы, а также менее дорогие катализаторы.
Также по теме:
- Графен позволит эффективно хранить водородное топливо
- Биоводород теперь можно получать даже в присутствии кислорода
- Черные дыры могут быть источником лития
- Топливо из воды. Совершенствование методов.
- Секреты уникальных ферментов могут пролить свет на древние экоститемы
Источники: