«Мы на шаг приблизились к нашей цели – производить топливо будущего из солнечного света», – говорит Саша Отт, профессор кафедры химии Уппсальского университета.
Сегодня газообразный водород и метанол производятся в основном из ископаемых источников, таких как нефть или природный газ. Экологически безопасный вариант, более благоприятный для климата, – это производить эти вещества из воды и углекислого газа, используя экологически чистую электроэнергию, в так называемых электролизерах.
Для этого процесса требуется электрическая энергия в виде приложенного напряжения.
Ученые разработали новый материал, который снижает напряжение, необходимое в процессе, за счет использования солнечного света в качестве дополнения к электричеству.
Для улавливания солнечного света они использовали полупроводники того же типа, что и в солнечных элементах. Новым аспектом исследования является то, что полупроводники были покрыты новым материалом покрытия, которое извлекает электроны из полупроводника, когда светит солнце.
Эти электроны затем доступны для реакций образования топлива, таких как производство газообразного водорода.
Покрытие представляет собой «металлоорганический каркас» – трехмерную сеть, состоящую из отдельных органических молекул, которые удерживаются на месте в субнанометровом масштабе с помощью крошечных металлических соединителей. Молекулы захватывают электроны, генерируемые солнечным светом, и удаляют их с поверхности полупроводника, где в противном случае могли бы иметь место нежелательные химические реакции. Другими словами, покрытие предотвращает короткое замыкание системы, что, в свою очередь, позволяет эффективно собирать электроны.
В ходе испытаний исследователи смогли показать, что их новая конструкция значительно снижает напряжение, необходимое для извлечения электронов из полупроводника.
«Наши результаты показывают, что инновационные покрытия могут быть использованы для улучшения характеристик полупроводников, что приведет к более энергоэффективному производству топлива с более низкими требованиями к потребляемой электроэнергии», – говорит Саша Отт.