Исследователи Университета штата Огайо впервые синтезировали молекулу, которая может эффективно поглощать солнечный свет, а также действовать как катализатор для преобразования солнечной энергии в водород – экологически чистое топливо, которое является достойной альтернативой ископаемым источникам энергии.
Молекула абсорбирует энергию из всего видимого спектра солнечного света, включая низкоэнергетическое инфракрасное излучение, что ранее было сделать весьма проблематично, и быстро и эффективно преобразует его в водород из воды. Причем КПД устройств на основе нового соединения получается 50% больше, чем у стандартных фотоэлементов. Выводы исследования ученые из Университета опубликовали в Nature Chemistry.
«Основная идея в том, что мы преобразуем фотоны Солнца в водород. Проще говоря, мы берем энергию от солнечного света и храним ее в химических соединениях, чтобы ей можно было воспользоваться позже. Система способна перевести молекулу в возбужденное состояние, где она абсорбирует фотон и способна хранить два электрона для производства водорода. Это свойство молекулы является беспрецедентным», - сказала руководитель исследования Клаудиа Турро.
Для преобразования солнечной энергии в водород был необходим катализатор, способный поглощать излучение от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона. Предыдущие попытки использования двухмолекулярных катализаторов, которые обменивались электронами были не очень эффективными, так как часть выделяемой при этом энергии терялась. Мономолекулярные же катализаторы улавливали энергию только ультрафиолетового света и сами они быстро распадались.
«Один из способов получения водорода, чистой альтернативы бензину и дизелю, это электролиз, то есть расщепление молекулы воды на водород и кислород при помощи электричества. Однако проще и эффективнее было бы использовать фотокатализ, когда сам свет становится источником энергии вместо электричества. Теперь проблема преодолена», - заявили ученые.
Американским ученым удалось синтезировать наиболее эффективную молекулу на основе элемента родия, способную терять меньше энергии и поглощать весь спектр солнечного света. Эта система оказалась в 25 раз эффективнее одномолекулярной, взаимодействующей только с фотонами ультрафиолета. Для изучения свойств синтезированной молекулы, ученые подсветили содержащий ее кислотный раствор светодиодами и обнаружили выделение водорода.
Как отмечает Турро, прежде чем результаты исследовательской группы смогут быть применены на практике, предстоит еще много работы. Родий – редкий металл, и производство катализаторов на его основе обходится недешево. Сейчас исследователи работают над улучшением свойств полученной молекулы для производства водорода в течение более длительного периода времени, а также созданием катализатора из менее дорогих материалов.
