Найти в Дзене
Альтернативный ток

Фотокатализ в газовой фазе ускоряет производство солнечного водорода

Фотокаталитическое расщепление воды для получения водородного топлива с помощью солнечного света уже давно считается одним из самых перспективных направлений чистой энергетики. Однако существующие технологии страдают от низкой эффективности. Основные проблемы – неполное использование солнечного спектра и медленная скорость реакции. Исследователи отмечают, что традиционные методы фотокатализа в основном задействуют только ультрафиолетовый и видимый свет, игнорируя ближний инфракрасный диапазон, на который приходится более половины энергии солнечного излучения. Кроме того, стандартный процесс, где порошок катализатора dispersed в воде, создает сложную трехфазную систему «твердое тело – жидкость – газ». Такая конфигурация замедляет массообмен и снижает общую производительность. В ответ на эти вызовы научная группа под руководством профессора Маочана Лю разработала инновационную интегрированную систему. Она объединяет фототермический субстрат, эффективно поглощающий тепловую энергию солнца

Фотокаталитическое расщепление воды для получения водородного топлива с помощью солнечного света уже давно считается одним из самых перспективных направлений чистой энергетики. Однако существующие технологии страдают от низкой эффективности. Основные проблемы – неполное использование солнечного спектра и медленная скорость реакции.

Исследователи отмечают, что традиционные методы фотокатализа в основном задействуют только ультрафиолетовый и видимый свет, игнорируя ближний инфракрасный диапазон, на который приходится более половины энергии солнечного излучения. Кроме того, стандартный процесс, где порошок катализатора dispersed в воде, создает сложную трехфазную систему «твердое тело – жидкость – газ». Такая конфигурация замедляет массообмен и снижает общую производительность.

В ответ на эти вызовы научная группа под руководством профессора Маочана Лю разработала инновационную интегрированную систему. Она объединяет фототермический субстрат, эффективно поглощающий тепловую энергию солнца, с высокопроизводительным фотокатализатором. Это позволяет без дополнительных затрат энергии одновременно испарять воду и расщеплять полученный пар на водород и кислород.

В основе новой разработки лежит преобразование реакционной среды. Вместо трехфазной системы «твердое тело – жидкость – газ» ученые создали более эффективную двухфазную конфигурацию «газ – твердое тело». В качестве фототермической основы используется обработанная меламиновая губка (AMS), которая под действием света нагревается и превращает воду в пар. Этот пар затем вступает в реакцию с фотокатализатором – гетероструктурой CdS/CoFe2O4 (CCF), которая эффективно разделяет фотогенерированные заряды и расщепляет молекулы воды.

Оптимизированная система демонстрирует впечатляющую скорость выделения водорода – 254,1 мкмоль/ч, что является значительным прорывом по сравнению с традиционными трехфазными системами. Такой результат достигается за счет синергии нескольких факторов: более полного использования энергии солнца, повышения общей температуры реакции и снижения сопротивления для переноса газов на поверхности катализатора.

Предложенный подход, сочетающий инновационный дизайн материалов и новую конструкцию реакционной системы, открывает практические пути для существенного повышения эффективности фотокаталитического производства водорода. Как заключают авторы исследования, «газотвердофазная система кардинально улучшает использование солнечной энергии и ускоряет каталитические процессы, что открывает новые горизонты для водородной энергетики».