Одной из основных задач энергетического перехода является поставка энергии, даже когда солнце не светит. Производство водорода путем расщепления воды с помощью солнечного света может предложить решение. Водород - хороший носитель энергии, и его можно использовать по-разному. Однако вода не просто расщепляется сама по себе. Нужны катализаторы, например платина, которая редкая и дорогая. Исследовательские группы по всему миру ищут более экономичные альтернативы. Теперь команда, возглавляемая доктором Тристаном Пети из HZB, вместе с коллегами во главе с профессором Бинь Чжаном из Тяньцзиньского университета, Тяньцзинь, Китай, добилась значительного прогресса, используя хорошо известный класс безметалловых фотокатализаторов.
Нанослои с крупными порами
Бин Чжан и его команда специализируются на синтезе полимерных нитридов углерода (PCN), которые считаются хорошим кандидатом в качестве катализатора для производства водорода. Молекулы PCN образуют структуру, которую можно сравнить с тонкими слоями теста фило: листы этого материала лежат друг на друге, плотно прижатые друг к другу. Китайским химикам удалось с помощью относительно простой двухэтапной термообработки отделить отдельные листы друг от друга - так же, как слоеное тесто разделяется на отдельные хрустящие слои в духовке. В результате термообработки были получены образцы, состоящие из отдельных нанослоев с большими порами, содержащих различные аминогруппы с определенными функциональными возможностями.
Амино- и оксигенированные группы проанализированы в BESSY II
Пети и его команда исследовали серию этих образцов ПХН в BESSY II. «Мы смогли определить, какие амино- и оксигенированные группы отложились в порах», - объясняет аспирант Цзянь Рен и соавтор публикации. Они смогли проанализировать, как определенные аминогруппы притягивают к себе электроны, особенно благоприятное свойство для расщепления воды, и как образуются новые дефекты на основе кислорода..
Эффективность увеличена в одиннадцать раз
В сочетании с никелем в качестве сокатализатора эти образцы наноструктурированного ПХН фактически продемонстрировали рекордную эффективность, в одиннадцать раз превышающую эффективность обычного ПХН при облучении видимым светом.
Фотокаталитические процессы на BESSY II раскрыты
«Это демонстрирует, что ПХН является интересным потенциальным катализатором для производства солнечной энергии в водород, приближаясь по эффективности к неорганическим катализаторам», - объясняет Пети, стипендиат Volkswagen Foundation Freigeist.«Кроме того, эта работа также показывает, что спектроскопия в мягком рентгеновском излучении является важным инструментом для выявления возможных каталитически активных центров на фотокатализаторах».