Новости химической науки > Нанопровода расщепляют воду

Химики из США сделали очередной шаг к разработке систем, позволяющих преобразовывать солнечную энергию в химическую – они разработали нанопровода, которые могут расщеплять воду на кислород и водород.

Чтобы получить энергию достаточно воды, солнечного света и нанопроводов. (Рисунок из Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00321b)

Доступность таких ресурсов как вода и солнечный свет привела к тому, что природа использует эти ресурсы для запасания энергии в ходе процесса фотосинтеза. Несмотря на то, что созданию процессов искусственного фотосинтеза посвящены интенсивные исследования многих исследовательских групп по всему миру, системы, которые могли бы сравниться по эффективности с природным фотосинтезом, пока еще не разработаны. В качестве одного из способов расщепления воды могут использоваться электроды из оксида титана, однако они отличаются низкой эффективностью конверсии и поглощают только ультрафиолет.

Хонгкун Парк (Hongkun Park) из Гарварда синтезировал нанопровода из TiO₂ с большой площадью поверхности, провел их осаждение на электродах и обнаружил, что образование химических связей, объединяющих нанопровода, позволяет увеличить их оптическую плотность, что позволяет новым системам абсорбировать больше света. Уже только такая модификация позволяет увеличить эффективность преобразования солнечной энергии в два раза по сравнению с ранее существовавшими электродами из TiO₂ – При облучении измеренная степень конверсии солнечной энергии составляла 1.05%.

Легирование сети из нанопроводов наночастицами золота или серебра позволяет увеличить эффективность преобразования солнечной энергии в химическую еще в большей степени. В этом случае за счет того, что система получает способность разлагать воду под воздействием видимого света производительность системы увеличивается в 10 раз.

Парк отмечает, что результаты, полученные в его исследовательской группы, демонстрируют возможность увеличения производительности материала для фотоконверсии за счет использования нанотехнологий, предполагая, что разработанный в его группе подход может быть расширен на другие материалы, использующиеся в настоящее время для расщепления воды.

Стив Данн (Steve Dunn), специалист по химии материалов из Университета Королевы Марии (Лондон) отмечает, что работа представляет собой особый интерес прежде всего как демонстрацией того, что морфологические изменения, связанные с переходу от традиционных порошкообразных электродов из оксида титана к наностержневой конфигурации приводят к значительному увеличению производительности системы. Преимущества оксида титана по сравнению с другими существующими системами заключаются в том, что он отличается высокой фотостабильностью, его химические свойства хорошо известны, стоимость его невелика, TiO₂ не токсичен.

В ближайших планах исследовательской группы Парка изучить фотоинициируемый электролиз воды в присутствии оксидов других металлов, а также изучение возможности увеличения эффективности этих систем при создании из них подобных сетей, созданных из нанопроводов.

Источник: Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00321b

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #физическая химия