Ученые повысили процент получения водорода из воды
При фотокаталитическом расщеплении воды используемый свет солнца разделяет воду на водород, кислород. Данный метод является экологически чистым способом получения водорода для элементов топлива. Японскими исследователями была осуществлена демонстрация нового метода получения эффективнейших фотокатализаторов. Применение крошечных полых сфер, внутренние и наружные поверхности которых покрыты сокатализаторами, имеющими разный тип, было использовано учеными в их методе.
В фотокаталитическом расщеплении воды захватываются фотоны катализатором, в большинстве случаев, полупроводником. Электронами приобретается дополнительная энергия, происходит переход в зону проводимости из валентной. Электронные пустоты, возникшие в этой зоне, являются позитивно заряженными «дырками». При миграции электронов и дырок к каталитической плоскости до того момента, когда происходит замена противоположных зарядов друг другом, существует возможность получения молекулами воды этих зарядов, что может преобразовать воду в кислород и водород.
Согласно теории, катализаторы, в основе которых лежит нитрид тантала, должны бы быть пригодны для фотокатализа, в котором применяется видимый свет. Однако, существуют две главные проблемы, которые являются препятствием для успешного практического их использования: первое, происходит реакция кислорода и водорода, образуется вода на каталитической поверхности. Второе, в процессе реакции заряды разделяются на электроны, дырки, но данное разделение функционирует не совсем верно, потому что происходит быстрая рекомбинация зарядов.
Сокатализаторы повышают эффективность благодаря захвату дырок, электронов, которые потом передают в воду. Драгметаллами, к примеру, платиной, могут быть оптимизированы шаги по получению водорода; оксидами металлов (иридием, кобальтом) происходит катализ процесса получения кислорода. Тем не менее, применение этих типов сокатализаторов, которыми оснащены фотокатализаторы, не имело существенного успеха.
Группой ученых под руководством Домена Казунари Токийского Университета было предположено: что, если осуществить пространственное разделение сокатализаторов, а не равномерно распределять их по катализатору? Для достижения этого ученые пользовались простым методом для создания микрочастиц, которые были ими названы «ядром-оболочкой».
В последующем происходило растворение ядра диоксида кремния, при этом оставались шарики, которые были очень тонкими, пористыми, полыми, сделанными из нитрида тантала. Его внутри покрывали наночастицы платины, снаружи — оксид иридия или кобальта.
