Исследователи Калифорнийского технологического института сделали открытие, которое, по их словам, может привести к экономически жизнеспособному производству солнечного топлива в ближайшие несколько лет.
В течение многих лет исследования в области солнечного топлива были сосредоточены на разработке катализаторов, которые могут расщеплять воду на водород и кислород, используя только солнечный свет. Полученное водородное топливо можно использовать для питания автомобилей, электростанций и топливных элементов. Поскольку единственное, что образуется при сжигании водорода, - это вода, в атмосферу не добавляется углеродное загрязнение.
В 2014 году исследователи в лаборатории Гарри Грея, профессора химии Калифорнийского технологического института имени Арнольда О. Бекмана, разработали водорасщепляющий катализатор, состоящий из слоев никеля и железа. Однако никто не был полностью уверен, как это работает. Многие исследователи выдвинули гипотезу, что именно слои никеля, а не атомы железа ответственны за водорасщепляющую способность катализатора (и ему подобных).
Чтобы выяснить это наверняка, Брайан Хантер (доктор философии '17), бывший научный сотрудник Института Резника, и его коллеги в лаборатории Грея создали экспериментальную установку, в которой катализатору не хватало воды. «Когда вы убираете немного воды, реакция замедляется, и вы можете сфотографировать, что происходит во время реакции», - говорит он.
Эти фотографии показали активный участок катализатора - конкретное место, где вода расщепляется на кислород - и показали, что реакцию расщепления воды выполняет железо, а не никель.
«Наш экспериментально подтвержденный механизм сильно отличается от того, что было предложено», - говорит Хантер, первый автор статьи, опубликованной 6 февраля в журнале Joule, посвященном исследованиям в области устойчивой энергетики, с описанием открытия. «Теперь мы можем начать вносить изменения в этот материал, чтобы улучшить его».
Грэй, чья работа была сосредоточена на солнечном топливе на протяжении десятилетий, говорит, что это открытие может изменить правила игры в этой области.
«Это предупредит людей во всем мире о том, что железо особенно хорошо для этого типа катализа», - говорит он. «Меня совершенно не удивит, если через четыре или пять лет люди начнут использовать эти катализаторы в коммерческих целях».