На шаг ближе к искусственному фотосинтезу и «солнечному топливу»

На шаг ближе к искусственному фотосинтезу и «солнечному топливу»

При нанесении на полупроводниковые материалы, такие как кремний, пленка оксида никеля предотвращает образование ржавчины и облегчает важный химический процесс при производстве топлива, такого как метан или водород, за счет солнечной энергии.
«Мы разработали новый тип защитного покрытия, которое позволяет выполнять ключевой процесс производства топлива с использованием солнечной энергии с рекордной эффективностью, стабильностью и эффективностью, а также в искробезопасной системе, не образующей взрывоопасных смесей. водород и кислород ", — говорит Нейт Льюис, Джордж Л. Аргирос, профессор химии в Калифорнийском технологическом институте и соавтор нового исследования, опубликованного 9 марта в онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, в котором описывается фильм.

Разработка может помочь создать безопасные и эффективные искусственные фотосинтетические системы, также называемые генераторами солнечного топлива или «искусственными листьями», которые воспроизводят естественный процесс фотосинтеза, который растения используют для преобразования солнечного света, воды и углекислого газа в кислород и топливо. в виде углеводов или сахаров.
Искусственный лист, который команда Льюиса частично разрабатывает в Объединенном центре искусственного фотосинтеза (JCAP) Калифорнийского технологического института, состоит из трех основных компонентов: двух электродов — фотоанода и фотокатода — и мембраны. Фотоанод использует солнечный свет для окисления молекул воды с целью генерации газообразного кислорода, протонов и электронов, в то время как фотокатод рекомбинирует протоны и электроны с образованием газообразного водорода.

Мембрана, которая обычно изготавливается из пластика, разделяет два газа, чтобы исключить любую возможность взрыва, и позволяет собирать газ под давлением, чтобы безопасно протолкнуть его в трубопровод.
Ученые пытались построить электроды из обычных полупроводников, таких как кремний или арсенид галлия, которые поглощают свет и также используются в солнечных панелях, но главная проблема заключается в том, что эти материалы образуют оксидный слой (то есть ржавчину) при воздействии. к воде.

Льюис и другие ученые экспериментировали с созданием защитных покрытий для электродов, но все предыдущие попытки потерпели неудачу по разным причинам. «Вы хотите, чтобы покрытие было многим: химически совместимым с полупроводником, который оно пытается защитить, непроницаемым для воды, электропроводящим, очень прозрачным для падающего света и высоко каталитическим для реакции образования кислорода и топлива», — говорит Льюис, также является научным руководителем JCAP. "Создание защитного слоя, отображающего любой из этих атрибутов, было бы значительным шагом вперед, но теперь мы обнаружили материал, который может выполнять все эти функции одновременно."

Команда показала, что пленка из оксида никеля совместима со многими различными типами полупроводниковых материалов, включая кремний, фосфид индия и теллурид кадмия. Применительно к фотоанодам пленка оксида никеля намного превосходила характеристики других подобных пленок, включая пленку, созданную группой Льюиса только в прошлом году. Эта пленка была более сложной — она ​​состояла из двух слоев вместо одного и использовалась в качестве основного ингредиента диоксида титана (TiO2, также известного как диоксид титана), соединения природного происхождения, которое также используется для изготовления солнцезащитных кремов, зубных паст и белой краски.
«Наблюдая, как фотоаноды работают с рекордной производительностью без какой-либо заметной деградации в течение 24 часов, затем 100 часов, а затем 500 часов, я понял, что мы сделали то, что ученые не смогли сделать раньше», — говорит Ке Сун, постдок из лаборатории Льюиса. и первый автор нового исследования.

Команда Льюиса разработала метод создания пленки оксида никеля, который включает в себя разбивание атомов аргона на гранулы из атомов никеля на высоких скоростях в богатой кислородом среде. «Фрагменты никеля, которые выделяются из гранулы, вступают в реакцию с атомами кислорода, образуя окисленную форму никеля, которая осаждается на полупроводнике», — говорит Льюис.
Важно отметить, что пленка оксида никеля, созданная командой, хорошо работает в сочетании с мембраной, которая отделяет фотоанод от фотокатода и замедляет производство водорода и кислорода.

«Без мембраны фотоанод и фотокатод находятся достаточно близко друг к другу, чтобы проводить электричество, и если в одном месте в одно и то же время образуются пузырьки высокореактивных газов водорода и кислорода, это верный путь к катастрофе, "Льюис говорит. «С помощью нашего фильма вы можете создать безопасное устройство, которое не взорвется, долговечное и эффективное, и все сразу."
Льюис предупреждает, что ученым еще далеко до разработки коммерческого продукта, который может преобразовывать солнечный свет в топливо.

Другие компоненты системы, такие как фотокатод, также должны быть усовершенствованы.
«Наша команда также работает над фотокатодом», — говорит Льюис. "Что нам нужно сделать, так это объединить оба этих элемента вместе и показать, что вся система работает. Это будет непросто, но теперь у нас есть один из недостающих ключевых элементов, который ускользал от поля зрения последние полвека."

Наряду с Льюисом и Сан, в число дополнительных авторов статьи «Стабильное окисление воды под действием солнечной энергии с помощью полупроводниковых фотоанодов, защищенных прозрачными каталитическими пленками оксида никеля» входят аспиранты Калифорнийского технологического института Фадл Саади, Майкл Лихтерман, Синхао Чжоу, Ноа Плимале и Стефан. Омельченко; Уильям Хейл из Саутгемптонского университета; Синь-Пинг Ван и младший Хау Хе из Университета короля Абдаллы в Саудовской Аравии; Кимберли Пападантонакис, менеджер по научным исследованиям в Калтехе; и Брюс Бруншвиг, директор Центра исследования молекулярных материалов в Калифорнийском технологическом институте. Финансирование было предоставлено Управлением науки Университета.S.

Министерство энергетики, Национальный научный фонд, Институт Бекмана и Фонд Гордона и Бетти Мур.

9 комментариев к “На шаг ближе к искусственному фотосинтезу и «солнечному топливу»”

  1. Мине сейчас удостоверяли, но я не веровал, это в целом истина что ты истукан и свинья.

  2. Юдина София

    Перечисленное откровенно в точку!!! Иными выражениями и не скажешь!

  3. Авдеев Григорий Николаевич

    На непонятно каком ресурсе я прежде читал приблизительно такую же сводку сведений, но все равно благодарность.

  4. Очень благодарен, что в свою очередь просветили, и, первое, кстати своевременно. Поварить котелком только, полдюжины лет уже в webе, но про подобное первый раз чую.

  5. Janiya Thomas

    Привлекательно! Однако не могу раскусить как часто корректируется дневник?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *