Российские ученые повысили эффективность синтеза водородного топлива

Команда исследователей из Красноярского научного центра СО РАН разработала новые фотонно-кристаллические структуры для фотоиндуцированного расщепления воды, позволяющие существенно повысить эффективность производства водорода. Результаты исследования опубликованы в Журнале Сибирского федерального университета. Химия.

Фотоэлектрохимическое разложение воды используется для производства водорода с помощью полупроводниковых фотоэлектродов, поглощающих солнечную энергию и расщепляющих воду на водород и кислород. Расщепление происходит в специальных устройствах — фотоэлектрохимических ячейках. В них находятся полупроводниковые фотоаноды, которые при облучении светом запускают процесс разложения молекул воды на водород и кислород.

Красноярские ученые предложили использовать фотонно-кристаллическую структуру для улучшения поглощения видимого света у фотоанодов на основе диоксида титана. 

Реактор для фотоэлектрохимического получения водорода, фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН

Исследователи отмечают, что оксид титана химически стабилен и устойчив к коррозии, а также нетоксичен и сравнительно дешев.

«При работе с фотонными кристаллами проблемой является уже сам по себе процесс их получения. В основном для их получения используются достаточно дорогие и трудоёмкие методы. В нашей же работе мы использовали простой и дешёвый метод двухстадийоного электрохимического анодирования. На первой стадии подготавливалась рельефная подложка, своеобразный трафарет для будущих нанотрубок. На второй стадии выращивались сами нанотрубки при помощи метода переменного импульса высокого и низкого напряжения. Изменяя величину напряжения и длительность импульса, можно трансформировать морфологию фотонного кристалла, что значительно отразится на его оптических свойствах. При таком способе получения, нанотрубки становятся похожи на стебель бамбука, расширяясь при импульсе высокого напряжения и сужаясь при низком напряжении», — объясняет один из авторов работы, младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Николай Зосько.

Один из авторов исследования Николай Зосько, фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН

Исследование показало, что использование бамбукоподобных нанотрубок оправдало себя: по сравнению с гладкими нанотрубками, этот метод увеличил эффективность преобразования падающего фотона в электрон от 1,3 раза в видимом свете и до 3 раз при облучении ультрафиолетом. Эти показатели напрямую свидетельствуют о  более высокой эффективности производства: чем больше фотонов будет преобразовано, тем выше будет количество выделяющегося водорода.

Помимо производства водородного топлива, фотоэлектрохимическое разложение воды применяется для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ценных химических продуктов, таких как метанол и формальдегид, а также в качестве анодов солнечных элементов и сенсоров.

Обложка: Образец фотонных кристаллов, фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Астрономы сфотографировали «детство Вселенной» до появления галактик
Космос
Прощальные кадры: лунный модуль сфотографировал закат на Луне
Наука
Гены загадочных предков людей повлияли на работу мозга, показало исследование
Наука
В Петербурге открыли лабораторию для создания компьютеров, которые имитируют работу мозга
Наука
Телескоп «Евклид» показал 26 млн галактик: опубликованы первые результаты миссии
Космос
Крошечных морских животных увеличили в пять раз, чтобы рассмотреть их клетки
Наука
В Сеченовском Университете появится «умная» операционная 
Новости
Операторы связи начали заменять китайское оборудование на российское
Новости
В России хотят обязать использование отечественных процессоров для ИИ
Новости
Посмотрите на первого робота-гуманоида Nvidia в действии
Новости
Образцы с обратной стороны Луны показали, какой она была в прошлом
Космос
Морские интернет-кабели научились «прослушивать» на предмет саботажа
Новости
Нового рекорда на термоядерном синтезе добились в России
Наука
Российские ученые разработали материалы для памяти будущего  
Наука
Выяснилось, какие мутации ДНК ускоряют старение  
Наука
«Суперджет» с российскими двигателями ПД-8 впервые поднялся в воздух
Новости
Светочувствительные нановолокна ускорили рост нейронов  
Наука
ChatGPT может «заболеть» тревожностью и депрессией, но есть способ его «успокоить»  
Новости
Москва сократила выбросы углерода на 190 000 тонн благодаря электробусам  
Новости
Игуаны совершили рекордное путешествие миллионы лет назад: они проплыли по океану 8 000 км
Наука