Исследователи Южного федерального университета (ЮФУ) получили новые наноразмерные катализаторы, способные получать «зеленый водород» путем расщепления воды в присутствии солнечного света.
Такие возможности стали доступны благодаря уникальным сферическим наночастицам с полым ядром и оболочкой в составе катализаторов, эффективно улавливающие падающий солнечный свет и снижающие скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда.
Сегодня поиск новых источников возобновляемой альтернативной энергии приобретает большую актуальность в научной среде. А важнейшей составляющей политики перехода в углеродно-нейтральное состояние энергетики России стала водородная энергетика.
Её суть в том, что при окислении водорода, приводящем к выработке электроэнергии, образуется экологически чистая и во всех смыслах безопасная вода. Из нее снова можно добывать водород, и так без конца. Водородная энергетика используется даже при создании электрокатализаторов для низкотемпературных топливный элементов, которые могут применяться в создании «чистых» машин будущего без выхлопных газов.
Исследователи ЮФУ вносят неоспоримый вклад в развитие альтернативной энергетики. Недавно коллектив ученых Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ предложил нанокатализаторы для фото-электро-каталитической генерации водорода с использованием водостойких металлорганических каркасных структур (международный термин - MOF). Разработка фото-электро-нанокатализаторов на основе новых материалов крайне востребована, но остается очень сложной задачей.
Вначале исследователи синтезировали идеальную сферическую наночастицу титансодержащих MOF. Затем произвели оптимизацию поверхности наночастиц, а также разработали технологию получения структурированной частицы «ядро-оболочка».
По словам экспертов, частичное разложение сферической Ti-MOF приводит к образованию полой структуры типа «ядро-оболочка» благодаря различию структуры внутреннего и наружного слоев.
«Уникальная природа сферических наночастиц с полым ядром и оболочкой позволяет эффективно улавливать падающий солнечный свет и снижать скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда. Эти нанокатализаторы являются крайне перспективными для получения «зеленого водорода» путем расщепления воды в присутствии солнечного света», – пояснил автор научной статьи, постдок МИИ ИМ ЮФУ из Индии Аслам Хоссейн.
Большое разнообразие разрабатываемых коллективом нанопористых метал-органических структур открывает широкие возможности создания новых классов нанокатализаторов, используя предложенный способ оптимизации их практических важных характеристик.
Результаты исследования, посвященного созданию сферических нанопористых фото-электро-катализаторов со структурой «ядро-оболочка» высоко оценили в научном сообществе. Они опубликованы в высокорейтинговом научном издании «Small» с импакт-фактором 15.153.
Аслам Хоссейн считает, что условия, созданные в ЮФУ, позволяют уже в ближайшем будущем разработать новую методику ускоренной оптимизации параметров синтезируемых нанопористых фотокатализаторов под конкретные практические применения, востребованные в «зеленой» энергетике будущего.
