Rewolucja w produkcji zielonego wodoru dzięki zaawansowanym fotokatalizatorom wykorzystującym światło słoneczne i wodę.

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Oregonie opracowali nowy materiał, który efektywnie wytwarza czystą energię z wykorzystaniem światła słonecznego i wody. Materiał ten działa jako fotokatalizator, co pomaga w produkcji wodoru. Wodór ma kluczowe znaczenie dla ogniw paliwowych w samochodach, produkcji chemikaliów takich jak amoniak, rafinacji metali oraz produkcji plastiku. To odkrycie może stać się nową, silną metodą zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych i przeciwdziałania zmianom klimatu.

Kyriakos Stylianou wraz ze swoim zespołem z OSU College of Science bada metalowo-organiczne struktury szkieletowe (MOF). Są to materiały z mikroskopijnymi otworami, które można dostosować do różnych zastosowań. MOF składają się z jonów metali połączonych cząsteczkami organicznymi.

W badaniu zespół wykorzystał tlenek rutenu, tlenek tytanu oraz domieszkowanie siarką i azotem, aby stworzyć heterozłącze — połączenie dwóch materiałów o komplementarnych właściwościach. Dzięki temu zwiększono zdolność fotokatalizatora do rozszczepiania wody na wodór pod wpływem światła słonecznego. Nowy materiał nazwali RTTA.

Testując różne rodzaje RTTA z różnymi ilościami tlenków, odkryli, że RTTA-1 jest najbardziej efektywna. RTTA-1, posiadająca najmniejszą ilość tlenku rutenu, produkowała wodór najszybciej i miała wysoką wydajność kwantową. W ciągu jednej godziny, jeden gram RTTA-1 wygenerował ponad 10 700 mikromoli wodoru.

Stylianou zauważył, że RTTA-1 działa efektywnie, ponieważ właściwości tlenków metali i cechy powierzchniowe pierwotnego MOF dobrze się uzupełniają. Ta nowa metoda może sprawić, że produkcja wodoru stanie się bardziej zrównoważona i wydajna.

Zobacz również:

Dzisiaj · 02:11

Genetyczny klucz do zrozumienia tajemnicy hibernacji

Produkcja wodoru z wody przy użyciu tego nowego fotokatalizatora jest czystsza niż wykorzystanie gazu ziemnego. Zazwyczaj wodór wytwarza się poprzez reforming parowy metanu, co prowadzi do emisji dwutlenku węgla. Nowa metoda wykorzystuje energię słoneczną, co czyni ją bardziej przyjazną dla środowiska.

Generowanie wodoru poprzez elektrokatalizę polega na przepuszczaniu prądu przez katalizator, ale musi ono bazować na odnawialnych źródłach energii, aby było zrównoważone. Dodatkowo, koszt musi być konkurencyjny w porównaniu z metodą reformingu parowego metanu, która produkuje wodór w cenie około 1,50 USD za kilogram, podczas gdy zielony wodór kosztuje 5 USD za kilogram.

Stylianou wyjaśnił, że woda jest obfitym źródłem wodoru, a do jego produkcji możemy wykorzystać światło słoneczne poprzez fotokatalizę. Mimo że tlenek rutenowy jest drogi, to niewielka ilość potrzebna w RTTA-1 sprawia, że jego koszt nie stanowi większego problemu w zastosowaniach przemysłowych. Jeśli katalizator pozostanie stabilny i niezawodny, koszt niewielkiej ilości tlenku rutenowego staje się mniej istotny.

Badania zostały sfinansowane przez College of Science na Uniwersytecie Stanowym w Oregonie, Wydział Chemii oraz emerytowanych nauczycieli szkół publicznych i absolwentów OSU, Briana i Marilyn Kleiner. Projekt opublikowano w czasopiśmie Angewandte Chemie, a kierowali nim studenci studiów magisterskich: Emmanuel Musa, Ankit Yadav i Kyle Smith. W skład zespołu wchodzili również profesor Xiulei "David" Ji, dyrektor Obiektu Mikroskopii Elektronowej Peter Eschbach, badacz podoktorski Min Soo Jung oraz członek kadry honorowej William Stickle.