Energia ze światła i wody: Nowa fotokatalityczna metoda czystej produkcji wodoru z wody

Ogniwa paliwowe napędzane wodorem i energia słoneczna są nadzieją na bardziej przyjazne dla środowiska dostawy energii w przyszłości. Połączenie tych dwóch rozwiązań uważane jest za szczególnie "czyste": produkcji wodoru poprzez podział cząsteczki wody światłem słonecznym. Dotychczasowe podejście do tego procesu wymagało wysokich kosztów i wiązało się z ograniczoną trwałością układów katalitycznych.

W czasopiśmie "Angewandte Chemie" zespół prowadzony przez naukowców z University of East Anglia w Norwich przedstawił skuteczną, solidną fotoelektrodę wykonaną z powszechnie dostępnych i stosunkowo niedrogich materiałów.

Nowy system składa się ze złotej elektrody pokrytej warstwami nanocząstek fosforku indu (InP). Następnie naukowcy wprowadzają kompleks żelaza i siarki [Fe₂S₂(CO)₆] w warstwowy układ. Po zanurzeniu w wodzie i napromieniowaniu światłem oraz przy stosunkowo niskim natężeniu prądu elektrycznego, system fotokatalityczny wytwarza wodór z wydajnością 60%. Stosunkowo wysoka skuteczność procesu jest przełomowa.

Naukowcy zaproponowali następujące mechanizm reakcji: cząstki światła są absorbowane przez nanokryształy InP i wzbudzają elektrony w InP. W stanie wzbudzonym elektrony mogą zostać przeniesione do związków żelaza i siarki. Następnie w reakcji katalitycznej cząsteczki żelaza i siarki przekazują swoje elektrony jonom wodoru (H⁺) z wody, które następnie są uwalniane w postaci wodoru (H₂). Złota elektroda dostarcza niezbędnych elektronów do uzupełnienia nanokryształów InP.

Inaczej niż w dotychczasowych procesach, nowy system działa bez udziału cząsteczek organicznych. – te muszą one zostać przekształcone w stanie wzbudzonym, który powoduje ich degradację w czasie. Ten problem ogranicza żywotność systemów z ekologicznych składników. Nowy system jest całkowicie nieorganiczny i czas jego trwania jest odpowiednio dłuższy.

"Nasz nowoopracowany system elektrod fotokatalitycznych jest solidny, skuteczny, tani i wolny od toksycznych metali ciężkich” – chwalą naukowcy. To może być bardzo obiecująca alternatywa dla przemysłowej produkcji wodoru.

Źródło: physorg.com