«Новые устойчивые энергетические системы необходимы для решения глобальных энергетических и экологических проблем, таких как увеличение выбросов углекислого газа и изменение климата», – говорит Цзяньву Сунь, старший преподаватель кафедры физики, химии и биологии Университета Линчёпинга, руководивший новым проектом. учиться.
Плотность энергии водорода в три раза выше, чем у бензина.
Его можно использовать для выработки электроэнергии с использованием топливных элементов, а автомобили на водородном топливе уже коммерчески доступны. Когда газообразный водород используется для производства энергии, единственным продуктом является чистая вода. Однако, в отличие от этого, при производстве водорода образуется двуокись углерода, поскольку наиболее часто используемая технология, используемая сегодня, зависит от ископаемого топлива для процесса.
Таким образом, при производстве 1 тонны газообразного водорода выделяется 9-12 тонн углекислого газа.
Производство газообразного водорода путем расщепления молекул воды с помощью солнечной энергии – это экологически безопасный подход, который позволяет получать газообразный водород с использованием возобновляемых источников, не вызывая выбросов углекислого газа.
Основным преимуществом этого метода является возможность преобразования солнечной энергии в топливо, которое можно хранить.
«Обычные солнечные элементы производят энергию в дневное время, и ее нужно либо использовать немедленно, либо накапливать, например, в батареях. «Водород – многообещающий источник энергии, который можно хранить и транспортировать так же, как и традиционные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо», – говорит Цзяньву Сун.
Однако разделить воду, используя энергию солнечного света, для получения газообразного водорода – непростая задача. Чтобы добиться успеха, необходимо найти экономичные материалы, обладающие правильными свойствами для реакции, в которой вода (H2O) расщепляется на водород (H2) и кислород (O2) посредством фотоэлектролиза.
Энергия солнечного света, которую можно использовать для расщепления воды, в основном имеет форму ультрафиолетового излучения и видимого света. Следовательно, требуется материал, который может эффективно поглощать такое излучение для создания зарядов, которые могут быть разделены и иметь достаточно энергии для разделения молекул воды на водород и кислород. Большинство материалов, которые исследовались до сих пор, либо неэффективны с точки зрения использования энергии видимого солнечного света (например, диоксид титана, TiO2, поглощает только ультрафиолетовый солнечный свет), либо не обладают свойствами, необходимыми для разделения воды на газообразный водород ( например, кремний, Si).
Исследовательская группа Цзяньву Сана исследовала кубический карбид кремния 3C-SiC.
Ученые создали кубический карбид кремния с очень маленькими порами. Материал, который они называют нанопористым 3C-SiC, обладает многообещающими свойствами, которые позволяют предположить, что его можно использовать для производства газообразного водорода из воды с использованием солнечного света.
Настоящее исследование было опубликовано в журнале ACS Nano, и в нем исследователи показывают, что этот новый пористый материал может эффективно улавливать и собирать ультрафиолет и большую часть видимого солнечного света. Кроме того, пористая структура способствует разделению зарядов, обладающих необходимой энергией, а мелкие поры обеспечивают большую активную площадь поверхности. Это улучшает перенос заряда и увеличивает количество реакционных центров, тем самым еще больше повышая эффективность разделения воды.
«Главный результат, который мы показали, заключается в том, что нанопористый кубический карбид кремния имеет более высокую эффективность разделения заряда, что делает расщепление воды на водород намного лучше, чем при использовании плоского карбида кремния», – говорит Цзяньву Сун.
Исследование получило финансовую поддержку, среди прочего, от Шведского исследовательского совета, FORMAS и Шведского фонда международного сотрудничества в области исследований и высшего образования.