новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас


контакты
поиск
   

Новости химической науки > Нитрид углерода поможет расщепить воду


13.9.2014
средняя оценка статьи - 4 (1 оценок) Подписаться на RSS

Недорогие катализаторы расщепления воды могут значительно понизить стоимость получения водорода для топливных элементов. Для разработки таких катализаторов исследователи из Великобритании интегрировали устойчивый углеродсодержащий катализатор в систему для фоторасщепления воды. Катализатор представляет собой графитоподобный нитрид углерода, и его можно получить из дешевой и доступной мочевины.



Система для расщепления воды, идея создания которой была позаимствована у процеса фотосинтеза, работает следующим образом – солнечный свет активирует металлооксидный фотокатализатор (WO3 или BiVO4), который способствует окислению воды до кислорода и ионов гидроксония. Медиатор окислительно-восстановительной реакции обеспечивает перенос выделившихся электронов на графитоподобный нитрид углерода (g-C3N4). Солнечный свет возбуждает ставший электроноизбыточным g-C3N4, который катализирует процесс образования молекулярного иона из ионов гидроксония. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja506386e)

Обычно технологии расщепления воды построены по образу и подобию процесса фотосинтеза – в них для получения молекулярных кислорода и водорода из воды используются фотокатализаторы. На первом этапе работы таких систем солнечный свет активирует металлооксидный фотокатализатор, который способствует окислению воды до кислорода и ионов гидроксония. Оксид металла в процессе окисления кислорода поглощает электроны и с помощью окислительно-восстановительного медиатора (например, йодида натрия) передает электроны на второй катализатор, который при возбуждении светом восстанавливает ионы гидроксония до молекулярного водорода.



Графитоподобный нитрид углерода является дешевым и стабильным катализатором расщепления воды. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja506386e)

Юньвон Тан (Junwang Tang) из Университетского Колледжа Лондона отмечает, что успех в создании эффективной системы расщепления воды заключается в подборе нужных материалов, выступающих в качестве катализаторов каждой из полуреакции. Так, органические полупроводники отличаются высокой фотокаталитической активностью, однако они отличаются куда меньшей стабильностью, чем неорганические полупроводники. Тем не менее, недавно было обнаружено, что графитоподобный нитрид углерода (g-C3N4), который может считаться органическим полупроводником, сохраняет устойчивость и в кислых и в щелочных растворах.

Опираясь на эту информацию, исследователи из группы Тана решили использовать для восстановления водорода g-C3N4. Для получения g-C3N4 исследователи использовали термическое разложение мочевины, доступного и дешевого сырья. По словам Тана, получение g-C3N4 увеличивает степень полимеризации структурных единиц этого материала, а увеличение степени полимеризации означает, что у материала увеличивается площадь поверхности и появляется больше активных центров, катализирующих процессы восстановления.

Исследователи испытали работу g-C3N4 в связи с двумя оксидами металлов, ранее разработанными для процессов фотоокисления – ванадатом висмута (BiVO4) и триоксидом вольфрама (WO3), работали обе системы, но система с оксидом вольфрама давала более высокую производительность.

Эффективность новой двойной каталитической системы пока еще не высока, за 10 часов с ее помощью удалось расщепить только 200 мл воды (1% от общего количества воды, взятого для эксперимента), тем не менее, она демонстрирует идеальное соотношение образующихся водорода и кислорода – 2:1. Тан предполагает, что эффективность можно увеличить, скажем, за счет частичного восстановления триоксида вольфама или за счет увеличения степени полимеризации g-C3N4, и исследователи планируют провести обе этих модификации и проверить, как они сработают.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja506386e

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #фотохимия, фотокатализ, #химическая технология, #электрохимия

оценить статью: 12345
Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru
Комментарии к статье:
Ваше имя
Ваш e-mail, чтобы следить за обсуждением
   
Комментарий

Символ пятого P-элемента в табл. Менделеева
(латиницей, одной заглавной буквой):
   
 




Вы читаете текст статьи "Нитрид углерода поможет расщепить воду"
Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru

Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXVIII
Контактная информация