Розробка недорогого методу створення чистого палива для сучасних вчених є, чимось на зразок пошуків філософського каменю для алхіміків минулого. Але якщо у останніх, судячи з цін на золото, в кінцевому підсумку щось не заладилося, то перші - домагаються певних успіхів в своїх роботах. Одним з таких способів може бути застосування сонячного світла, який розщеплює воду на її складові - водень і кисень, а потім відділяти водень і використовувати його як паливо. Але процес розщеплення води не так вже й простий.

Двоє вчених з Інституту молекулярної інженерії (IME) і університету Вісконсіна в Мадісоне серйозно просунулися в справі створення «зеленого» палива, значно поліпшивши ефективність ключових процесів і запропонувавши кілька концептуально нових інструментів, які дозволять більш широко застосовувати технології розщеплення води за допомогою сонячного світла. Результати з роботи опубліковані в журналі Nature Communications .

У своєму дослідженні, фахівець в області електронних структур і симуляторів, професор IME Джулія Галлі (Giulia Galli) і професор хімії Кьйонг-Шин Чой (Kyoung-Shin Choi) Вісконсинського університету знайшли спосіб збільшити ефективність, з якою розщеплює воду електрод адсорбує фотони світла і, в той же час, поліпшили потік електронів від одного електрода до іншого. Симулятор дозволили їм зрозуміти, що відбувається на атомному рівні.

«Наші результати надихнуть інших дослідників в області пошуків методів поліпшення декількох процесів за допомогою одного підходу, - каже Чой. - Тобто, справа не тільки в досягненні більш високої ефективності, але і створення нової стратегії в цьому напрямку ».

Створюючи електрод, який уловлює світлове випромінювання, вчені прагнули використовувати якомога більше спектрів сонячного світла, здатних порушити електрони і перетворити їх в структуру, яка є оптимальною для реакції розщеплення. Досить важливим моментом, хоча і властивим для дещо інший області проблеми, є необхідність забезпечення легкого переміщення електронів між електродами, що створює електричний струм. До сих пір вченим доводилося вдаватися до окремих маніпуляцій для поліпшення адсорбції фотонів і руху електронів в тестованих ними матеріалах.

По темі: Винайдено штучний лист, який використовує сонячне світло для виділення водню в паливних елементах

Чой зі своїм колегою доктором Те Ву Кім (Tae Woo Kim) прийшли до висновку, що якщо нагріти електрод, виготовлений з матеріалу на основі ванадату вісмуту , До 350 градусів Цельсія в азотному середовищі, деякі частинки азоту увійдуть в з'єднання з основним матеріалом. В результаті була поліпшена і адсорбція фотонів, і транспортування електронів, однак, який вплив на це надає азот, залишалося нез'ясованим. Було вирішено звернутися до Галлі з тим, щоб пролити світло на питання за допомогою її симуляторів.

За допомогою тестів Галлі виявилося, що азот впливає на електроди декількома способами. Нагрівання в азотному середовищі сприяє виділенню атомів кисню з ванадату вісмуту, створюючи «дефекти», які покращують перенесення електронів. Але пізніше вчені з'ясували, що крім дефектів, переміщенню заряджених частинок сприяє також і сам азот, знижуючи поріг енергії , Необхідної для початку перетворення електрода в ту структуру, яка здатна розщеплювати воду. Це означає, що електроди можуть використовувати більше сонячної енергії.

«Тепер ми розуміємо, що відбувається на мікроскопічному рівні», - зазначає Галлі. - «Так що наша концепція впровадження носових елементів і нових дефектів в матеріал може бути використана в інших системах, в яких потрібно поліпшити ефективність. Більш того, її можна застосовувати і щодо інших матеріалів ».

Процеси, в яких теоретики і практики тісно взаємодіють, є природними для науки. Але коли співпраця фахівців різних областей виникає на такому ранньому етапі - явище, не зовсім звичайне. Двоє вчених «знайшли один одного» за допомогою Національного наукового фонду і створеного ним проекту CCI Solar - інноваційного центру, що об'єднує фахівців різних наукових галузей в пошуках рішень для створення технологій розщеплення води.

Читайте також: Фотоелементи на основі нанотрубок від підводних бактерій зроблять сонячні батареї на порядок ефективніше

джерело: phys.org

Сподобалася стаття? Поділіться нею і буде вам щастя!

Loading ...