Сделан фундаментальный прорыв в получении водородного топлива с помощью солнечного света - «Технологии»

Усилия по сокращению зависимости человечества от ископаемого топлива прилагаются в различных отраслях науки и техники. Такие инициативы включают исследования, направленные на более эффективное производство водородного топлива с использованием солнечной энергии, чаще всего с помощью разложения воды на ее компоненты – водорода и кислорода.

Недавно в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, доцент кафедры химии и наук экологии Юн Янь (Yong Yan) рассказал о ключевом прорыве в фундаментальной науке, необходимой для продвижения к этой цели.

Статья под названием «Многократная генерация экситонов для реакций фотоэлектрохимического выделения водорода с квантовыми выходами, превышающими 100%», сообщает о исследовательской работе, которую Янь проводил вместе с коллегами из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Горного университета Колорадо и Университета штата Калифорния в Сан-Диего. По существу, они создали так называемую фотоэлектрохимическую ячейку с квантовыми точками, которая каталитически достигла квантовой эффективности в производстве газообразного водорода, приблизившись к отметке в 114%.

Квантовые точки — крайне малые частицы полупроводника размером всего в несколько нанометров. В устройстве, изобретенном учеными, квантовые точки из сульфида свинца заменили сверхпроводящие материалы, такие как кремний или арсенид меди-индия-галлия. Преимущество такого фотоэлектрохимического устройства в том, что оно, потенциально, конвертирует большую часть солнечного спектра в полезную энергию.

Фотоэлемент поглощает один видимый солнечный фотон и производит два или более электронов благодаря процессу множественной экситонной генерации (МЭГ), который в дальнейшем используется для производства водорода.

Хотя многие ученые по всему миру стремятся добиться квантовой эффективности производства водорода из солнечного света, максимально приближенной к 100%, достижения ученых под руководством Юн Яня — 114% — свидетельствует о фундаментальном прорыве и доказывает, что описанная ими схема фотоэлектрохимического элемента гораздо более эффективна, чем солнечные элементы на квантовых точках.

«Результаты демонстрируют возможность будущего производства больше энергии более эффективным образом. Также они ведут к фундаментальным изменениям во всем процессе производства водородного топлива. Сейчас мы можем получать водородное топливо из воды, используя электричество, вырабатываемое обычными электростанциями, потребляющими ископаемое топливо. Но достигнув такой высокой квантовой эффективности при получении водорода из солнечной энергии, мы могли бы сделать процесс производства „зеленого“ топлива зеленее», — говорит руководитель группы исследователей Юн Янь.

Та же Национальная лаборатория возобновляемой энергии сообщила недавно о рекорде в эффективности синтеза водорода через фотоэлектрохимический процесс разделения воды под воздействием солнечного света. Благодаря светопоглощающим полупроводникам удалось достичь эффективности в 16%.

Источник: hightech.fm