Vodorod ishlab chiqarish uchun suvning quyosh fotolizidagi yutuq

"Uglerod cho'qqisiga chiqish" va "uglerod neytral" strategiyalarining joriy etilishi uglerod chiqindilarining kamayishiga olib keldi, vodorod toza yoqilg'i sifatida jozibador variant. Boshqa tomondan, vodorod ko'plab kimyoviy jarayonlar, masalan, o'g'itlar ishlab chiqarish uchun ham talab qilinadi. Biroq, hozirgi vaqtda vodorod asosan suv va gazni aylantirish orqali olinadi, bu jarayon nafaqat katta uglerod chiqindilarini hosil qiladi, balki katta miqdorda issiqlik energiyasini ham iste'mol qiladi.

Tabiiy fotosintez (suvdan vodorod atomlarini olish uchun quyosh nuridan foydalanadigan o'simliklar) yaxshi ma'lum, ammo vodorodni olish uchun "sun'iy fotosintez" usuli bormi? Umumiy gidrolizga asoslangan fotokatalitik vodorod ishlab chiqarish ekologik toza va barqaror texnologiya bo‘lib, u faqat quyosh nuri va suvni iste’mol qiladi va uglerod chiqindilarini chiqarmaydi, shuning uchun ham hozirda katta e’tiborni tortmoqda. Biroq, hozirgi fotokatalitik THMlarning quyoshdan vodorodga (STH) o'tkazish samaradorligi pastligi ularning amaliy qo'llanilishini cheklaydi.

Buni hisobga olgan holda, Michigan universiteti professori Yonezava jamoasi toza suv, konsentrlangan quyosh nuri va tabiiy fotosintezning asosiy bosqichlarini taqlid qiluvchi indiy galiy nitridi fotokatalizatoridan foydalangan holda STH samaradorligini 9,2 foizgacha oshirish strategiyasini ishlab chiqdi. Ochiq havoda o'tkazilgan tajribalar shuni ko'rsatadiki, bu texnologiya uchun katta sakrash, quyosh suvini ajratish bo'yicha taqqoslanadigan tajribalarga qaraganda deyarli 10 barobar samaraliroqdir. Xususan, tadqiqotchilar InGaN/GaN yuzalarida suvning fotokatalitik to‘liq parchalanishi nafaqat suvning to‘g‘ridan-to‘g‘ri parchalanish reaksiyasini rag‘batlantiribgina qolmay, balki yuqori intensivlikdagi quyosh nuri natijasida hosil bo‘ladigan infraqizil termal effekt orqali teskari vodorod-kislorod kompleksi hosil bo‘lish reaksiyasini inhibe qilishini ko‘rsatdi. InGaN nanosimlari juda yuqori fotokatalitik suvning parchalanish samaradorligini namoyish etadi. Tadqiqot natijalari Nature jurnalining so'nggi sonida "Fotokatalitik suv bo'linishida quyoshdan vodorodga samaradorligi 9 foizdan ortiq" sarlavhasi ostida chop etildi.

Tadqiqotchilar toza suv, konsentrlangan quyosh nuri va indiy galiy nitridi fotokatalizatori yordamida 9,2 foiz yuqori STH samaradorligiga erishdilar. Ushbu maqoladagi strategiyaning muvaffaqiyati oldinga vodorod-kislorod evolyutsiyasini rag'batlantirish va teskari vodorod-kislorod rekombinatsiyasini inhibe qilishning sinergik ta'siridan kelib chiqadi, bunga optimal reaktsiya haroratida (~ 70 daraja Selsiy) to'g'ridan-to'g'ri yig'ib olish orqali erishish mumkin. quyosh nuridan infraqizil nurni behuda sarflash. Bundan tashqari, haroratga bog'liq bo'lgan ushbu strategiya keng tarqalgan musluk suvi va dengiz suvidan STH samaradorligini ~7 foizga, tabiiy quyosh nuri sig'imi 25 7 Vt bo'lgan yirik fotokatalitik suv ajratish tizimida 6,2 foizga olib keldi. Ushbu tadqiqot tabiiy quyosh nuri va suvdan vodorod yoqilg'isini samarali ishlab chiqarishga amaliy yondashishni ta'minlaydi, quyosh vodorodini ishlab chiqarishdagi samaradorlik muammosini bartaraf etadi.