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
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости
«Тостер» для смартфона обновляет зарядку гаджета за секунды
Новости
Гаджет, который научился читать мысли человека, показали на CES 2025
Новости
Эта камера будет снимать на Луне: Nikon представила прототип на CES 2025  
Новости
Ярчайший гамма-всплеск в истории связали с теорией струн и темной материей  
Новости
Наука в фокусе: кто и зачем делает научно-популярные видеоблоги в России
Кейсы
Telegram раскрыл данные о 2000 пользователях в после ареста Дурова
Новости