Налейте себе стакан воды и взгляните на него. Эта вода содержит обильный источник топлива, водорода. Водород горит чисто, в отличие от энергетических продуктов на основе бензина. Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? Ученые в Японии успешно расщепляли воду на водород и кислород, используя легкие и тщательно разработанные катализаторы, и они сделали это с максимальной эффективностью, что означало, что почти не было потерь и нежелательных побочных реакций. Этот последний прорыв в производстве солнечного водорода делает вероятность масштабируемого, экономически жизнеспособного производства водорода более чем вероятной, прокладывая путь для человечества, чтобы перейти на чистую энергию.
Расщепление воды с использованием катализаторов и солнечного света, называемое фотокатализом, было многообещающим методом достижения производства солнечного водорода на протяжении десятилетий. Тем не менее, большинство предыдущих попыток дали только внешнюю квантовую эффективность менее 50%, что представляет собой сложность в эффективном проектировании катализатора для использования в реальном мире. Катализатор должен быть спроектирован лучше, чтобы каждый поглощенный фотон от источника света использовался для производства водорода. Ключом к повышению эффективности стало стратегическое размещение сокаталитов и предотвращение дефектов в полупроводнике.
Опубликованный в выпуске Nature от 27 мая, Цуёси Таката из Университета Синсю и др. прорвали новые рубежи в производстве энергии, используя легированный алюминием титанат стронция в качестве фотокатализатора, свойства которого были широко изучены и, следовательно, лучше всего поняты. Они выбирают сокатализаторы родий для водорода с оксидом хрома и оксид кобальта для кислорода, тонко настраивая их на участие только в желаемых реакциях. Этот метод позволил реакции не иметь рекомбинационных потерь.
Эти новые результаты открывают двери для достижения масштабируемого и экономически жизнеспособного производства солнечного водорода. Их проектные стратегии преуспели в уменьшении дефектов, которые приводят к почти идеальной эффективности, и полученные знания будут применены к другим материалам с интенсивным поглощением видимого света. Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем мы сможем запустить наши автомобили на водороде, потому что это исследование, сосредоточенное на использовании ультрафиолетового света и обильного видимого света от солнца, осталось неиспользованным. Тем не менее, этот великий прорыв сделал эту возможность уже не слишком хорошей, чтобы быть правдой, а в теории просто вопросом времени. Надеемся, что это побудит ученых, исследователей и инженеров заняться этой областью, что значительно приблизит использование солнечной водородной энергии.
