Ученые из Швейцарии и Кореи разработали катализатор на основе органических полупроводников, который одновременно поглощает энергию солнечного света и применяет ее для разложения воды на кислород и водород.
Существующие фотокатализаторы, способные одновременно поглощать свет и расщеплять воду, построены на базе дорогостоящих неорганических наночастиц, которые сложно производить в больших объемах. Ученые создали органический материал со схожим набором свойств, который одновременно ускоряет реакции, связанные с формированием кислорода и водорода при расщеплении молекул воды.
Широкое использование водородных источников энергии в настоящее время ограничивается тем, что для получения водорода нужны катализаторы на базе платины и других дорогостоящих благородных металлов. Кроме того, для эффективной работы таких установок их приходится делить на несколько частей, отвечающих за поглощение света и расщепление воды.
Ученые давно пытаются решить эту проблему с помощью многослойных структур из наночастиц оксидов титана, ванадия и других металлов. В таких конструкциях соседние наночастицы поглощают свет и используют его для ускорения двух разных типов реакций с участием атомов водорода и кислорода. Благодаря этому листы расщепляют воду под действием света без вмешательства человека, что делает их удобными в использовании.
Несмотря на эти преимущества, технология пока не получила большого развития из-за относительно высокой стоимости наночастиц и того, что листы приходится собирать фактически вручную.
Ученые обошли это препятствие, создав органический полупроводник на базе двух ароматических молекул, способный ускорять обе реакции при контакте с двумя разными типами подложек.
Опыты показали, что разработанный материал поглощает около 1% энергии солнечного света и использует ее для расщепления воды. Это сопоставимо с КПД дорогостоящих фотокаталитических листов на базе наночастиц.
Последующие эксперименты помогут дополнительно повысить эффективность работы катализатора, что расширит возможные сферы его применения в водородной энергетике.
