Генерация электричества - не единственный способ превращения солнечного света в энергию. Свет может также управлять реакциями создания химического топлива, такого как водород, пригодного для использования в двигателях легковых автомобилей, грузовиков и других транспортных средств.

Проблема солнечного производства моторного топлива заключается в стоимости полупроводниковых устройств захвата света и катализаторов, необходимых для получения водорода. Самые эффективные из известных материалы слишком дороги, чтобы полученное с их помощью топливо могло конкурировать с бензином.

В исследовании, опубликованном недавно в журнале Science, профессор химии Кионг-Шин Чой (Kyoung-Shin Choi) и аспирант Тэ Ву Ким (Tae Woo Kim) из Университета Висконсина описывают дешёвые материалы на основе оксидов. С их помощью учёным удалось достичь эффективности солнечного расщепления воды на водород и кислород 1,7%, наибольшей из известных когда-либо для фотоэлектродных систем на базе оксидов.

Чой создала солнечные элементы из ванадата висмута с помощью электролиза, получив материал с площадью поверхности 32 квадратных метра на каждый грамм. «Без особого оборудования, высокой температуры или запредельного давления мы создали нанопористый полупроводник из чрезвычайно крошечных частиц, имеющих большую площадь поверхности, - поясняет профессор. - Чем больше площадь поверхности, тем больше площадь контакта с водой, и, следовательно, более эффективное расщепление».

Однако, ванадат висмута нуждается в «помощнике» для ускорения реакции производства топлива. Для этого необходим подходящий катализатор.

По мнению Чой, множество учёных работает над повышением эффективности проводников и катализаторов, однако, стыковке эффективных материалов между собой уделяется мало внимания. «Даже если у вас есть лучший полупроводник в мире и лучший катализатор, их общая эффективность может быть ограничена границей раздела полупроводник - катализатор», - говорит она.

Чой и Ким использовали в качестве катализатора пару дешёвых и не слишком эффективных поодиночке веществ, оксид железа и оксид никеля. «Поскольку ни один катализатор не обеспечивает хорошее сопряжение одновременно с полупроводником и водой, мы решили разделить всю работу на две части, - рассказывает Чой. - Оксид железа хорошо сочетается с ванадатом висмута, а оксид никеля с водой. Поэтому мы используем их вместе».

Двухслойная конструкция катализатора позволила идеально совместить его с водой и полупроводником. «Объединение дешёвого двойного катализатора и нашего нанопористого полупроводникового электрода с большой площадью поверхности привело к созданию недорогой фотоэлектродной системы с рекордной эффективностью», - говорит Чой.

Она ожидает, что фундаментальная работа, демонстрирующая рост эффективности нанопористого ванадата висмута в сочетании с двухслойным катализатором, послужит лабораториям по всему миру толчком для качественного прорыва в исследованиях. «Другие исследователи, изучающие различные типы полупроводников или различные типы катализаторов могут использовать этот подход для поиска комбинаций материалов, которые могут стать ещё более эффективными», - заявила профессор.

Источник: http://facepla.net