Трехслойный материал, который расщепляет воду и генерирует водород
Трехслойный материал, который расщепляет воду и генерирует водород:
Ученые создали трехслойный материал, который расщепляет воду и генерирует водород.
Материал эффективно расщепляет воду и генерирует молекулы водорода из пресной, соленой и загрязненной воды под действием солнечного инфракрасного света. Доля инфракрасного спектра в солнечном свете составляет порядка 43 %.
Материал имеет толщину всего 1 мкм и состоит из трех слоев. Нижний слой – тонкая пленка золота, второй слой, толщиной менее 10 нанометров, состоит из платины, третий – пленка из металл-органических каркасных структур MIL-101(Cr), состоящих из соединений хрома и органических молекул.
Металл-органические каркасные структуры (англ. metal-organic frameworks, MOF) – это пористые кристаллические материалы, в которых ионы металла связаны между собой с органическими лигандами. Внутри таких каркасных структур образуются достаточно крупные поры нанометрового размера, в которых могут находиться «гостевые» молекулы, то есть молекулы других веществ.
MOF состоит из т.н. неорганических кластеров, которыми, как правило, выступают ионы металлов или иные полиядерные неорганические кластеры, и т.н. органических полифункциональных молекул (именуемых также лигандами или линкерами). Неорганические кластеры связаны с органическими полифункциональными молекулами сильными ковалентными связями.
Пленка из металл-органических каркасных структур MIL-101(Cr) в трехслойном материале служит в качестве фильтра, что позволяет эффективно использовать материал в загрязненной и соленой среде. Пленка из металл-органических каркасных структур MIL-101(Cr) отсеивает загрязнения и пропускает к слоям из металлов уже очищенную воду без примесей.
Под действием инфракрасного света на поверхности трехслойного материала возбуждается плазмонный резонанс. При контакте материала с водой и под действием инфракрасного света на пленке из золота образуются электроны, которые двигаются через слой платины к каталитическим центрам металл-органических каркасов и инициируют восстановление протонов и высвобождение водорода.
Рис. 1. Принцип работы трехслойного материала
@ https://news.tpu.ru/news/2020/07/16/36476/, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c04029
В ходе экспериментов квадрат из трёхслойного материала шириной 10 см (т.е. площадью 100 см2) произвел 0,5 литра водорода в течении часа, что является одним из лучших показателей.
В дальнейшем ученые планируют повысить эффективность нового материала и добиться использования видимой части спектра солнечного света.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, https://news.tpu.ru/news/2020/07/16/36476/, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c04029