Новости химической науки > Вода+солнечный свет = водород

Исследователи из Китая сообщают о разработке нового твердого катализатора, способного ускорять реакцию фоторазложения воды на кислород и водород с беспрецедентной эффективностью.

Донг Вонг из Института Химической Физики в Даляне готовится к измерению производительности нового катализатора.(Фото: (с) Fengtao Fan/Dalian Institute of Chemical Physics)

Ключевым вопросом для решения проблемы преобразования солнечной энергии в промышленных масштабах является необходимость разработки эффективного способа ее хранения. Один из методов основан на использовании солнечного света для производства топлива, такого как, например, водород, который многие годы считается идеальным веществом для запасания энергии. Прямым методом получения его из воды является ее фотолитическое разложение, однако большинство существующих катализаторов обладают существенными недостатками.

Например, одни катализаторы способствуют разложению воды только при облучении ультрафиолетом, другие, разработанные для работы в условиях облучения видимым светом, отличаются низкой эффективностью. Стандартный метод измерения эффективности фотокатализатора определяется квантовым выходом, который выражается как отношение числа продуктов реакции к числу поглощенных фотонов.

Квантовая эффективность искусственно полученных катализаторов фоторазложения воды, работающих в видимой области спектра, составляет 60%, в то время как для катализаторов природного происхождения может превышать 95%.

Исследователи из Института Химической Физики в Даляне разработали трехкомпонентный полупроводниковый катализатор, способный выделять водород из воды при облучении видимым светом (420 нм) с квантовой эффективностью 93%.

Катализатор представляет собой сульфид кадмия со следовыми добавками сульфидов палладия или платины. Как утверждает Кан Ли, возглавляющий лабораторию изучения каталитических процессов, в которой было сделано открытие, процесс, который ускоряется катализатором не заключается в разложении воды на водород и кислород – выделяется лишь водород, а образующийся кислород реагирует с раствором, содержащим серосодержащие «соединения-камикадзе».

В поисках оптимального катализатора исследователи обнаружили, что чистый CdS способствует медленному выделению водорода из воды, далее было установлено, что модификация CdS платиной или палладием приводит к существенному увеличению выходу водорода, при этом введение в состав катализатора обоих металлов дает лишь небольшое преимущество. Это открытие привело к разработке другого решения – CdS модифицировали PdS, это увеличило эффективность CdS в 260 раз. Затем в CdS, модифицированный PdS, ввели незначительное количество платины, полученный в результате трехкомпонентный материал отличался в 360 раз большей производительностью, чем чистый сульфид кадмия.

Исследователи предполагают, что PdS играет роль сокатализатора окисления, роль платины заключается в ускорении реакции восстановления. Ли уверен, что дальнейшие исследования позволят точнее установить роль каждого из компонентов.

Источник: J. Catal., DOI: 10.1016/j.jcat.2009.06.024

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология