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
Белок паразитического червя заживил рану, не оставив шрама
Наука
Итоги форума DID x AI IN 2024: 2940 участников, 20 соглашений и открытие новых центров в Иннополисе
Иннополис
Разработан «притягивающий луч», который использует свет для захвата живых клеток
Наука
Зеленые зоны в Антарктиде увеличились в 10 раз за 40 лет
Наука
Загадочное излучение во время гроз обнаружил старый самолет-разведчик
Наука
Посмотрите, как робопес взбирается по вертикальной лестнице
Новости
Три игровых стартапа получат миллион рублей от Университета Иннополис
Новости
Открыт прием заявок в ТОП-1000 университетских стартапов России
Новости
Ученые расшифровали ДНК, которой больше 10 000 лет
Наука
Физики впервые наблюдали «отрицательное время»: как оно работает
Наука
Ученые нашли захоронение времен фараона Сенусерта I
Наука
Самые большие ошибки компаний: «Яндекс», «Альфа-Банк» и «Росатом» поделились главными проблемами с ИИ
Кейсы
Посмотрите на новый российский беспилотник: как его будут применять
Новости
На Солнце произошла самая мощная вспышка цикла: выброс направлен на Землю
Космос
Посмотрите на шагоход AT-AT из «Звездных войн», который напечатали на 3D-принтере
Новости
Нейробиологи впервые составили карту всех связей в мозге плодовой мушки
Наука
В сточных водах нашли бактерий, поедающих пластик
Наука
Uber будет использовать для доставки еды роботы дочерней компании экс-Яндекса
Новости
Выяснилось, как выход «Хомяка» повлиял на россиян
Новости
Оптические квантовые вычисления: объяснение из первых уст
Мнения