Новости химической науки > Низкотоксичный и доступный катализатор фоторасщепления воды

Исследователи из Японии обнаружили новый относительно доступный и эффективный катализатор для фоторасщепления воды. Смешанный оксид олова – Sn₃O₄, может обеспечить получение водорода из воды, используя в качестве энергии излучение Солнца.

К настоящему времени пока еще не имеется надежной технологии, позволяющей осуществлять конверсию солнечного излучения, практически бесконечного источника возобновляемой энергии, в энергию химическую (например, для производства топлив), которую можно было бы транспортировать. Разработка такой технологии позволила бы значительно уменьшить зависимость современной цивилизации от традиционной энергетики, основанной либо на сжигании ископаемого топлива, либо на расщеплении атомных ядер.

Изображение катализатора Sn₃O₄, полученное с помощью электронного микроскопа. Синтезированный материал представляет собой набор микроскопических хлопьевидных кристаллов. (Рисунок из ACS Applied Materials & Interfaces, 2014; 6 (6): 3790)

В настоящее время существует ряд катализаторов фоторасщепления воды, например диоксид титана, которые могут разлагать воду и получать из нее водородное топливо при облучении ультрафиолетом. Однако, неспособность этих катализаторов поглощать видимый свет, который, по оценкам, составляет более половины от общей энергии, которую Солнце посылает на Землю, ограничивает практическое применение таких катализаторов для переработки солнечной энергии. Несмотря разработкой систем фоторасщепления воды, способных перерабатывать и свет в видимой области, в настоящее время занимаются во многих научных центрах мира, существует ряд препятствий на пути к внедрению уже разработанных систем фотоактивации, поскольку большинство из таких катализаторов с высоким КПД либо построены с участием дорогих редкоземельных металлов, как например лантан, либо содержат в структуре атомы свинца, отличающегося высокой токсичностью.

Исследователи из группы Хидеки Абе (Hideki Abe) и Наото Умезавы (Naoto Umezawa) разработали новый фотокатализатор, используя комбинацию теоретических и экспериментальных подходов. Исследователи начали работу с поиска оксидов, содержащих ионы двухвалентного олова, руководствуясь теоретическими предсказаниями, утверждавшими, что такого рода соединения могут обладать электронной структурой, необходимой для протекания фотокаталитического расщепления воды под действием видимого света. В результате они обнаружили смешанный оксид олова Sn₃O₄, в состав которого входят ионы двухвалентного и четырехвалентного олова. В ходе экспериментов было продемонстрировано, что это соединение обеспечивает расщепление воды с выделением водорода при облучении видимым светом, который не активирует диоксид титана.

Оксиды олова обладают относительно низкой токсичностью, они распространены и отличаются невысокой стоимостью, что обуславливает их применение в качестве прозрачных электропроводных материалов. Открытие того что Sn₃O₄ проявляет каталитические свойства, может оказать существенное влияние на производство водородного топлива и на разработку надежных систем конверсии солнечной энергии.

Источник: ACS Applied Materials & Interfaces, 2014; 6 (6): 3790 DOI: 10.1021/am500157u

метки статьи: #водородная энергетика, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия