Новый пористый материал помогает получить возобновляемую энергию из воды

Одним из перспективных источников возобновляемой энергии является газообразный водород, получаемый из воды с помощью солнечного света. Исследователи из Университета Линчёпинга (Швеция) разработали материал – нанопористый кубический карбид кремния, – который может впитывать солнечную энергию и расщеплять молекулы воды для получения газообразного водорода, передает пресс-служба вуза. Статья с результатами исследования опубликована в журнале ACS Nano.

Плотность энергии водорода в три раза выше, чем у бензина. Его можно использовать для выработки электроэнергии с помощью топливных элементов. К тому же, на рынке уже есть автомобили, работающие на водороде. Тем не менее, производство водорода – процесс не очень экологичный: в результате образуется диоксид углерода, поскольку технология для его получения, которую используют сегодня, зависит от ископаемого топлива. Так, при производстве одной тонны газообразного водорода выделяется 9-12 тонн углекислого газа.

Производство газообразного водорода путем расщепления молекул воды с помощью солнечной энергии – экологически более безопасный подход: в данном случае не выделяется углекислый газ. При этом, полученные топливо можно хранить.

«Обычные солнечные элементы производят энергию в дневное время, и эту энергию необходимо либо использовать немедленно, либо накапливать, например, в батареях. Водород является многообещающим источником энергии, который можно хранить и транспортировать так же, как традиционные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо», – отмечают авторы работы. 

Однако разделить воду, используя энергию солнечного света, для получения газообразного водорода – непростая задача. Чтобы добиться успеха, необходимо найти экономичные материалы, которые обладают правильными свойствами для реакции, в которой вода (H2O) расщепляется на водород (H2) и кислород (O2) посредством фотоэлектролиза. Энергия солнечного света, которую можно использовать для расщепления воды, поступает в основном в виде ультрафиолетового излучения и видимого света. Следовательно, требуется материал, который может эффективно поглощать такое излучение для создания зарядов, которые могут быть разделены и иметь достаточно энергии для разделения молекул воды на водород и кислород. Большинство материалов, которые были исследованы до сих пор, либо неэффективны в том, как они используют энергию видимого солнечного света (например, диоксид титана поглощает только ультрафиолетовый солнечный свет), либо не обладают свойствами, необходимыми для разделения воды на газообразный водород (например, кремний).

Как альтернативу, ученые использовали карбид кремния (3C-SiC). Группа создала кубический карбид кремния с очень маленькими порами. Материал обладает многообещающими свойствами, которые позволяют предположить, что его можно использовать для производства газообразного водорода из воды с помощью солнечного света. Этот новый пористый материал может эффективно собирать ультрафиолет и большую часть видимого солнечного света. Кроме того, пористая структура помогает разделять заряды, обладающие необходимой энергией, в то время как небольшие поры обеспечивают большую активную площадь поверхности. Это улучшает перенос заряда и увеличивает количество реакции, поэтому молекулы воды разделяются на водород и кислород быстрее. 

[Фото: THOR BALKHED/LIU]