Se slunečním světlem na vodík

Nový polymerní materiál používá světlo k rozdělení vody

Sluneční světlo a voda: Vodík lze získat pomocí správného katalyzátoru. © FreeImages.com / Sergey Lebedev
číst nahlas

Zkratka pro ukládání energie: Nový materiál nevyžaduje nic víc než světlo, aby se extrahoval všestranný zdroj energie vodíku z jednoduché vody. Zvláštní věc: polymerní fotokatalyzátor, který byl vyvinut německými vědci, je chemicky robustní a rychlost produkce vodíku může být regulována na molekulární úrovni, uvedli vědci v časopise Nature Communications.

Vodík je považován za slibný energetický zásobník budoucnosti: S přebytkem zelené elektřiny může být voda rozdělena na vodík a kyslík a tyto plyny mohou být účinně uloženy. Vodík šetrný k životnímu prostředí by mohl být použit jako palivo pro vozidla nebo jako zdroj energie v palivových článcích. Jediným výfukovým plynem je voda. Nevýhodou této techniky je však určitá ztráta při přeměně elektrické energie na chemickou energii.

Dělení vody bez elektřiny?

Vytvoření zkratky by bylo jednodušší: namísto získávání elektřiny ze slunečního světla a poté generování vodíku proudem by světlo mohlo přímo rozložit vodu na její prvky. U takzvaných fotokatalyzátorů je to již možné v laboratoři. Předchozí materiály však poskytují pouze velmi nízký výtěžek vodíku a stále nejsou zdaleka efektivní a vhodné pro každodenní použití.

Výzkumný tým vedený Vijay Vyasem z Institutu Maxe Plancka pro výzkum pevných látek ve Stuttgartu proto vyvinul nový přístup, s nímž by mělo být možné dosáhnout vyšších výnosů. Fotokatalyzátory musí mít elektrony, které mohou být vzrušeny viditelným světlem, aby se pohybovaly relativně volně. Pouze tak se mohou přenést na cizí atom nebo molekulu. Nakonec jsou to tyto elektrony, které jsou přenášeny na protony v molekule vody - a tak vytvářejí elementární vodík.

Osvětlený prášek vytváří vodík

Za tímto účelem Vyas a kolegové navrhli takzvané kovalentní organické rámce (COF). Jsou to krystalické polymery s vysokou molekulovou hmotností, ve kterých jsou určité výchozí molekuly zesítěny na velmi pravidelné, dvourozměrné nebo dokonce trojrozměrné struktury. Práškový materiál sestávající z těchto molekul poskytl vědcům vodný roztok. Když ozářili směs viditelným světlem, vznikl elementární vodík. zobrazit

Model organických síťových sloučenin (COF), modrý odpovídá dusíku, šedému uhlíku a bílém vodíku. Nature Communications / Macmillan Publishers / CC-BY-4.0

Vědci však stále museli do svých práškových polymerů přidávat nanočástice platiny a tzv. Elektronový dárce. „Částice platiny fungují jako mikroelektrody, kde elektrony přecházejí z COF na vodík, “ vysvětluje Vyas. "A elektronový dárce je potřebný k vyvážení kladného náboje zbývajícího v COF."

Výhodou použitých síťových polymerů jsou jejich odpovídající optické a elektronické vlastnosti. Kromě toho poskytují relativně velký povrch, a proto jsou dobře vhodné jako katalyzátory. Je však důležité, že fotokatalyzátory vyrobené z těchto materiálů mohou být selektivně změněny na molekulární úrovni.

Regulace na molekulární úrovni

Takto lze řídit proces fotokatalýzy. Vědci dokázali regulovat rychlost, jakou materiál vytváří vodík. „Je to vůbec poprvé, kdy můžeme přesně nastavit fotokatalytické vlastnosti COF na molekulární úrovni, “ říká Vyas.

V budoucnu vědci chtějí tyto poznatky využít k dalšímu vývoji svých látek. Jedním cílem je přesněji porozumět mechanismu fotokatalýzy v těchto systémech a dále upřesnit komplexní interakci jednotlivých složek.

Bohužel, navzdory prvním úspěchům, tyto materiály ještě zdaleka nejsou schopny extrahovat vodík z vody a slunečního světla v průmyslovém měřítku. Například by se materiál mohl vyrábět levně ve větším množství a produkovat stabilní vodík po dlouhou dobu. (Nature Communications, 2015; doi: 10, 1038 / ncomms9508)

(Max Planck Society, 08.10.2015 - AKR)