Предложен новый способ получения чистого топлива из солнечного света
Ученые из Университета штата Аризона представили технологии получения чистого топлива, объединяющие светособирающие полупроводники и каталитические материалы.
Исследование было проведено под руководством Брайана Уодсворта, при участии Анны Бейлер, Дианы Хуснутдиновой, Эдгара Рейеса Круза и Гари Мура, сообщает eurekalert.org. Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
Команда рассмотрела взаимодействие компонентов полупроводников и катализаторов, представив теоретическую основу для понимания формирующих топливо реакций. Результаты предлагают стратегии для улучшения эффективности и производительности гибридных технологий производства горючего. Их использование для получения водорода и восстановленных форм углерода может в будущем уменьшить зависимость от ископаемого топлива.
«Мы создали системы, интегрирующие технологии захвата и преобразования света со стратегиями химического хранения энергии, — сказал Мур, ответственный автор работы. – Вместо прямого генерирования тока из солнечного света, он используется для синтеза топлива, хранящего энергию лучей в химических связях. На этом этапе повышается важность катализаторов. Управление избирательностью реакций и общими энергетическими расходами на трансформацию зависит от химии».
Команду вдохновил принцип фотосинтеза. Ученые создали кинетическую модель, описывающую взаимодействие поглощения света на полупроводниковой поверхности, миграции заряда в устройстве, его передачи на каталитический слой и химической реакции. Система основана на принципах поведения ферментов, кинетике Михаэлиса-Ментена. Модель применили к устройствам, включающим полупроводники и катализаторы.
«Мы описали механизмы формирования топлива такими гибридными материалами, роль интенсивности света и их потенциал», — сказал Уодсворт.
Анализ модели дал неожиданные результаты.
«Оказалось, что в системе мы не ограничены скоростью запуска реакции катализатором, — сказал Мур. – Барьером становится способность доставлять электроны катализатору и активировать их. Он обусловлен интенсивностью света, падающего на поверхность. Брайан, Анна, Диана и Эдгар экспериментально показали, что увеличение параметра ускоряет синтез топлива».
Проект демонстрирует, что, вместо увеличения количества катализатора, нужно манипулировать светособирающими свойствами полупроводника. Авторы надеются, что выводы помогут в развитии возобновляемых источников энергии.
