Производство солнечного топлива приближается благодаря новому открытию

Это модель молекулярной структуры катализатора для солнечного топлива, разработанная в Caltech. Синий представляет атомы железа; зеленый - никель; красный - кислород; белый - водород.

Исследователи Caltech сделали открытие, которое, по их словам, может привести к экономически жизнеспособному производству солнечного топлива в ближайшие несколько лет.

В течение многих лет исследования в области солнечного топлива были сосредоточены на разработке катализаторов, которые могут разделить воду на водород и кислород, используя только солнечный свет. Полученное водородное топливо можно использовать как топливо для автотранспортных средств, электростанций и топливных элементов. Поскольку единственное, что получается при сжигании водорода – это вода, то атмосфера не загрязняется выбросом углерода.

В 2014 году исследователи из лаборатории Гарри Грея, профессор химии Карноха Арнольда О. Бекмана, разработали катализатор для разделения воды из слоев никеля и железа. Однако никто до конца не знал, как все это работает. Многие исследователи предполагали, что в катализаторе за расщепление воды отвечают слои никеля, а не атомы железа.

Для того, чтобы точно выяснить механизм катализа, Брайан Хантер (PhD '17), бывший сотрудник Института Resnick, и его коллеги из лаборатории Грея создали экспериментальную установку, которая обезвоживала катализатор. «Когда вы забираете часть воды, реакция замедляется, и вы можете сфотографировать, что происходит во время реакции», - говорит он.

На этих снимках был обнаружен активный участок катализатора – конкретное место, где вода расщепляется на кислород, который показал, что именно железо выполняет реакцию расщепления воды, а не никель.

«Наш экспериментально поддерживаемый механизм сильно отличается от предложенного», - говорит, описывая открытие, Хантер, первый автор статьи 6 февраля в Joule (журнал исследований устойчивой энергетики). «Теперь мы можем приступить к внесению изменений для улучшения материала катализатора».

Грей, чья работа была сосредоточена на солнечном топливе в течение десятилетий, говорит, что открытие может стать поворотным и изменить всю игру в отрасли.

«Это предупредит людей во всем мире, что железо особенно полезно для проведения такого рода катализа», - говорит он. «Я не буду шокирован, если через четыре или пять лет люди начнут использовать эти катализаторы в коммерческих целях».

Materials provided by California Institute of Technology.

Bryan M. Hunter, Niklas B. Thompson, Astrid M. Müller, George R. Rossman, Michael G. Hill, Jay R. Winkler, Harry B. Gray. Trapping an Iron(VI) Water Splitting Intermediate in Nonaqueous Media. Joule, 2018 DOI: 10.1016/j.joule.2018.01.008

Перевод компании YASHEL Technologies.