Команда превращает воду в водородное топливо с помощью фотосинтеза

Мы стоим на пороге экономически целесообразной конверсии водородного топлива.

С ростом мировой экономики возникает потребность в большем количестве энергии. Но наша планета находится на краю. Прямо на этой сцене в игру вступают эффективные и экологически чистые энергетические решения. 

Преобразования солнечной энергии в топливо с рекордной эффективностью

Ученые из Израильского технологического института придумали технологию преобразования солнечной энергии в топливо с рекордной эффективностью. Их идея заключается в том, чтобы реализовать механизмы фотосинтеза, чтобы поднять эффективность преобразования энергии на новую высоту.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Доктор философии Лилак Амирав, главный исследователь проекта, говорит: "Мы хотим создать фотокаталитическую систему, использующую солнечный свет для управления химическими реакциями, имеющими важное значение для окружающей среды". Она и ее группа в Израильском технологическом институте в настоящее время разрабатывают фотокатализатор, который может удалять и изолировать водород от воды.

Она объясняет: "Когда мы помещаем наши стержнеобразные наночастицы в воду и светим на них, они генерируют положительные и отрицательные электрические заряды" и добавляет: "Молекулы воды разрушаются; отрицательные заряды производят водород (восстановление), а положительные - кислород (окисление)". Эти две реакции, включающие в себя положительный и отрицательный заряды, должны происходить одновременно. Без использования положительных зарядов отрицательные заряды не могут быть направлены на производство желаемого водорода".

Хотя, как мы все знаем, противоположности притягиваются. Если положительные и отрицательные заряды находят возможность для слияния, они исключают друг друга, не оставляя нам ничего. Поэтому необходимо сохранять частицы с разными свойствами заряда.

Для этого команда разработала уникальные гетероструктуры, включающие в себя различные полупроводники, а также катализаторы металла и оксидов металлов. Они создали модельную систему для изучения процессов окисления и восстановления и оптимизировали свои гетероструктуры для улучшения их характеристик. 

В ходе исследования 2016 года та же команда спроектировала еще одну гетероструктуру. Квантовая точка кадмия-селенида с одного конца притягивала положительный заряд, в то время как отрицательный заряд накапливался с другой стороны.

По словам Амирава: "Регулируя размер квантовой точки и длину стержня, а также другие параметры, мы достигли 100%-ного преобразования солнечного света в водород за счет уменьшения воды". В этой системе одна наночастица из одного фотокатализатора могла бы выпускать 360 000 молекул водорода в час.

Но в более старых исследованиях изучалась только восстановительная часть реакции. Для работающего преобразователя солнечной энергии в топливо нам нужно обрабатывать и другую часть - окисление. Амирав отмечает: "Мы еще не занимались преобразованием солнечной энергии в топливо" и уточняет: "Нам все еще нужна была реакция окисления, которая бы непрерывно снабжала электронами квантовую точку".

Пройти через процесс окисления воды очень сложно, потому что он состоит из нескольких этапов. Кроме того, побочные продукты реакций перекашиваются с результатом, ставя под угрозу стабильность полупроводника.

В своем последнем исследовании они пошли другим путем. На этот раз вместо воды они использовали соединение под названием бензиламин для окислительной части. Таким образом, вода уменьшается до водорода и кислорода, а бензиламин превращается в бензальдегид. Энергетический департамент США определяет от 5 до 10 % как "порог практической осуществимости". Максимальная эффективность этого метода была оценена в 4,2%.

Исследователи ищут другие соединения, которые могут оказаться пригодными для преобразования солнечной энергии в химию. Имея ИИ под рукой, они ищут соединения, которые были бы хорошо подходящими для этого процесса. Амирав отмечает, что этот процесс до сих пор был плодотворным.

Результаты исследования будут представлены на совещании и выставке осенью 2020 года, проводимых Американским химическим обществом. опубликовано econet.ru по материалам interestingengineering.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet