Водород называют топливом будущего: когда он сгорает или работает в топливном элементе, остаётся только вода. Проблема в том, как его получать. Химики из Университета штата Орегон (США) описали в журнале Journal of the American Chemical Society новый материал BVR-19. Под действием света он помогает получать водород из воды, причём без добавки дорогих металлов, которые обычно для этого нужны.
Зачем нужен «солнечный» водород
Сегодня большую часть водорода в мире делают из природного газа, и при этом выделяется много углекислого газа. Чистый путь — разложить воду на водород и кислород. Это можно сделать электричеством, а можно светом с помощью фотокатализатора — вещества, которое поглощает свет и запускает реакцию.
Но у фотокатализаторов есть слабое место. Чаще всего им нужен помощник — сокатализатор из металла, нередко из платины. Именно на его поверхности электроны превращают протоны воды в молекулы водорода. Платина дорогая и редкая, и это одна из причин, почему «солнечный» водород пока не вышел из лабораторий.
Кристалл с дырками
BVR-19 относится к металлоорганическим каркасам, или MOF. Это кристаллы, собранные как конструктор: узлы из атомов металла соединены органическими молекулами-«перемычками». Внутри остаются поры — пустоты размером с молекулы. За создание таких материалов в 2025 году дали Нобелевскую премию по химии.
В большинстве подобных фотокатализаторов главную работу делают металлы. Изюминка BVR-19 в другом. Его органические перемычки содержат серу, и в них есть необычная связь, в которой соединены два атома серы. Группа Кириакоса Стилиану из лаборатории Materials Discovery Lab показала, что именно эта часть кристалла поглощает свет и направляет электроны на получение водорода.
Как это работает
Когда на BVR-19 падает свет, связь между двумя атомами серы на короткое время разрывается. Появляются очень активные частицы серы, которые несут лишний электрон. Эти электроны и идут на восстановление водорода из воды. Потом связь может восстановиться, и цикл повторяется.
«Это может сделать будущие системы получения водорода на свету проще в устройстве», — говорит Стилиану. Ещё один плюс: BVR-19 сам собирается в водных растворах при комнатной температуре. Не нужны ни высокая температура, ни давление, а значит, на производство уходит меньше энергии.
Что пока неизвестно
Не стоит ждать, что завтра водород начнут производить на крышах. В опубликованных сообщениях о работе нет цифр эффективности: сколько света превращается в водород и как долго материал сохраняет активность. Это лабораторное исследование, и его главная ценность — в новой идее. Оно показывает, что «рабочей деталью» фотокатализатора может быть не дорогой металл, а правильно устроенная органическая молекула.
Если эту идею удастся развить, химики получат новый способ делать дешёвые катализаторы для солнечного водорода. А это один из ключевых шагов к энергетике без выбросов углекислого газа.
Источники
Что вы думаете об этом?
Комментариев пока нет. Напишите первым в обсуждении поста в нашем Telegram-канале.
