Сибирские ученые создали фотокатализиаторы для получения водорода под действием солнечного света
Фотокатализ водорода, то есть расщепление молекул воды под действием поглощающих свет фотокатализаторов — это одна из новейших, и вероятно, самых перспективных технологий в своей сфере. Она значительно дешевле и эффективнее электролиза, с помощью которого сейчас получают так называемый «зеленый», наиболее экологически чистый водород.
Ключевым элементом технологии являются сами фотокатализаторы, и исследования по данному направлению сейчас ведутся во многих странах мира, в том числе в России. Институт катализа и Института неорганической химии Сибирского РАН представили собственную разработку — фоткатализаторы на основе графитоподобного нитрида углерода, отличающиеся ультрамалым содержанием драгоценных металлов. Даже одна сотая процента платины в этих веществах позволяет значительно повысить каталитическую активность.
Особенность новых фоткатализаторов заключается как в самом методе их синтеза, так и в способе нанесения платины на носитель. Для осаждения платины ученые применили прецизионный метод, который позволяет получить высокоактивные материалы с очень малой массовой долей драгоценного металла. Кроме того, они обратили внимание, что во время осаждения комплексов платины и восстановления их водородом структура носителя частично выжигается, из-за чего образуются новые поры. Удельная поверхность материала в результате возрастает практически в пять раз, за счет чего увеличивается активность катализатора. «Мы достигли не только очень высокой активности, но и роста удельной поверхности носителя — 290 квадратных метров на грамм, а это очень много для графитоподобного нитрида углерода. Обычными методами можно получить максимум 20–30 квадратных метров на грамм. То есть мы предложили метод, который одновременно позволяет наносить платину и увеличивать поверхность графитоподобного нитрида углерода in situ при нанесении», — объясняет автор исследования, ведущий научный сотрудник Института катализа СО РАН, доктор химических наук и профессор РАН Екатерина Козлова.
По словам ученых, результаты их работы послужат научной основой для создания прототипов эффективных устройств для получения водорода под действием солнечного света. То есть новый подход может рассматриваться как основа для развития солнечно-водородной энергетики. Собственно, прототип небольшого реактора для получения водорода под действием видимого света мощностью в СО РАН уже создан, и лабораторные эксперименты показали его работоспособность для топливного элемента мощностью в 1 Вт.
В ближайшее время эту установку предполагается масштабировать и уже в 2023 году создать на ее основе укрупненные реакторы, а также развить интегрированную систему — реактор для выделения водорода плюс водородный топливный элемент. В СО РАН отмечают, что в перспективе полномасштабный водородно-топливный процессор, который будет питать водородный топливный элемент, сможет обеспечивать электроэнергией отдаленные районы, где интенсивно светит солнце.
