Химики РУДН создали катализатор для получения водорода из воды с помощью света

Химики РУДН создали катализатор для получения водорода из воды с помощью света

Химики РУДН вместе с коллегами из Ирана и Финляндии создали трехмерный катализатор для получения водорода из воды при помощи света. Материал состоит из оксида вольфрама на подложке из пористого углерода. Разработка поможет производить водородное топливо решить проблему исчерпаемости нефтепродуктов.

Основной энергетический ресурс современного мира — невозобновляемая нефть. Запасов хватит примерно на 50 лет. Одна из возможных альтернатив — водород. У него высокая энергоемкость, он значительно экологичнее нефти — при его сгорании в окружающую среду выделяется только вода. Но для производства водорода тратится больше энергии, чем потом выделится при сжигании. Химики РУДН совместно с коллегами из Ирана и Финляндии синтезировали трехмерный катализатор, который позволяет получить водород из воды с помощью фотокаталитического разложения, для которого нужен только солнечный свет.

«Синтез трехмерных фотокатализаторов открывает большой потенциал для химических реакций и получения водорода. Они помогут найти эффективное решение проблем охраны окружающей среды и дефицита энергии», — кандидат наук Хатаии Алиреза, ведущий научный сотрудник факультета физико-математических и естественных наук РУДН.

Фотокаталитическое разложение воды иногда называют искусственным фотосинтезом, потому что оно повторяет одну из стадий этого природного процесса. Чтобы расщепить воду на водород и кислород при помощи света, ее помещают в катализатор. В нем под действием света с определенной длиной волны образуются свободные электроны. Благодаря смещению электронов возникают «дырки» — условные положительные заряды, которые появляются там, где должны были быть электроны. Между электронами и дырками возникает напряжение. Под действием напряжения молекулы воды расщепляются на радикалы — ионы водорода и кислорода. После этого водородный радикал превращается в молекулу H2, а кислородный окисляет содержащиеся в воде органические и неорганические загрязнители. Химики создали катализатор для этого процесса из оксида вольфрама.

Синтез нового материала химики РУДН провели методом самосборки, а в качестве шаблона использовали клетки диатомовых водорослей. На них нанесли каркас из органического соединения, на котором осаждали наночастицы оксида железа. Следом шел слой оксида вольфрама и вспомогательного органического вещества — прекурсора. На следующем этапе ученые нагрели получившийся «бутерброд» так, что прекурсор разложился и превратился в пористую углеродную подложку. Наконец, химики поместили материал в плазменный реактор с атмосферой азота. Это было нужно для внедрения атомов азота в структуру катализатора.


В результате химики РУДН получили пористый материал с большой удельной площадью — в одном грамме умещается около 208 квадратных метров. За один час один килограмм катализатора дает 5,5 граммов водорода. При нормальном давлении это соответствует примерно 61 000 литрам.

Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Теги: Приоритет-2030 стратпроекты