Шведские учёные совершили прорыв в области устойчивого производства водорода, разработав метод, который не требует использования редкого и дорогого металла платины. Исследователи из Технологического университета Чалмерса продемонстрировали, как можно эффективно и с низкими затратами получать водородный газ с использованием солнечного света, воды и наночастиц электропроводящего пластика.
Процесс основан на применении крошечных частиц специального проводящего пластика, так называемых сопряжённых полимеров. При погружении в воду эти частицы взаимодействуют как с солнечным светом, так и со своим окружением, запуская реакцию фотокатализа, в результате которой выделяется водород. Ключом к успеху стала передовая разработка материалов на молекулярном уровне. Исследователям удалось модифицировать полимер, сделав его более гидрофильным, то есть лучше совместимым с водой, и сформировать из него наночастицы со специфической внутренней структурой. Эта структура с более свободно упакованными полимерными цепями значительно усиливает процесс преобразования света в водород.
Как пояснил исследователь Александер Холмс, создание эффективных фотокатализаторов без платины долгое время оставалось мечтой в этой научной области. Применение передового дизайна материалов к частицам проводящего пластика позволило добиться высокой эффективности, которая в некоторых случаях даже превосходит системы на основе платины, при радикально более низкой стоимости и с учётом принципов устойчивого развития.
Необходимость отказа от платины является критически важной для экологичного будущего водородной энергетики. Запасы этого металла на Земле ограничены, его добыча связана с экологическими рисками и рисками для здоровья людей, а производство сконцентрировано лишь в нескольких странах. В то время как водород, при его использовании в топливных элементах, даёт на выходе только воду, его крупномасштабное и чистое производство до сих пор оставалось сложной задачей.
В лабораторном реакторе в Чалмерсе образование пузырьков водорода видно невооружённым глазом, что свидетельствует об эффективности процесса. В настоящее время для поддержания высокой скорости реакции учёные используют витамин C в качестве так называемой жертвенной молекулы-донора электронов. Однако следующей крупной целью исследовательской группы является создание системы, работающей исключительно на солнечном свете и воде, без каких-либо дополнительных химических веществ. Как отметил руководитель исследований, профессор Эрган Ван, для достижения по-настоящему устойчивого солнечного производства водорода необходимо научиться одновременно расщеплять молекулы воды на водород и кислород, используя только эти два ресурса. Учёные верят, что находятся на верном пути, и работа в этом направлении продолжается.