Физики получили топливо из воды и света — без капли нефти. Квантовые слои не дали зарядам убить друг друга
NewsMakerЭффективность 3% — пока мало для массового производства, но подход работает.
Команда из Мичиганского университета придумала материал , который помогает получать водород из воды с помощью солнечного света эффективнее, чем обычно удаётся в таких экспериментах. Речь о фотокаталитическом расщеплении воды: свет попадает на материал, в нём появляются электрические заряды, и дальше эти заряды запускают реакцию, где на выходе получается водород и кислород. Главная проблема этого подхода годами одна и та же: заряды слишком быстро пропадают, не успев сделать полезную работу. В новой работе исследователи показали конструкцию, которая удерживает их дольше и направляет туда, где они реально участвуют в реакции.
Водород часто называют перспективным топливом из-за того, что при сгорании он даёт водяной пар. Теоретически его можно использовать там, где сложно перейти на батареи: в тяжёлом транспорте, в промышленном отоплении и в локальной генерации энергии. Но на практике значительную часть водорода сегодня получают из ископаемого сырья, поэтому экологическая выгода получается не такой очевидной. Именно поэтому способы производства водорода, которые обходятся без нефти и газа, вызывают столько интереса.
Фотокаталитическое расщепление воды выглядит простым на уровне идеи: берём воду, освещаем её через подходящий материал и получаем водород. На деле всё упирается в то, что свет создаёт в фотокатализаторе электроны и дырки, то есть два типа носителей заряда. Они должны разойтись и добраться до поверхности, чтобы запустить химическую реакцию. Однако чаще всего электроны и дырки быстро встречаются и взаимно уничтожают друг друга. Энергия при этом уходит в тепло, а эффективность падает.
Мичиганская команда решила подойти к этому с позиции материаловедения и квантовой физики. Они сделали экситонные квантовые сверхрешётки из ультратонких слоёв нитрида галлия и нитрида индия-галлия. Сверхрешётка в данном случае означает периодическую стопку слоёв толщиной в нанометры. Такая слоистая структура меняет поведение электронов и дырок: их можно не просто создать светом, но и лучше развести по пространству и направить.
Команда из Мичиганского университета придумала материал , который помогает получать водород из воды с помощью солнечного света эффективнее, чем обычно удаётся в таких экспериментах. Речь о фотокаталитическом расщеплении воды: свет попадает на материал, в нём появляются электрические заряды, и дальше эти заряды запускают реакцию, где на выходе получается водород и кислород. Главная проблема этого подхода годами одна и та же: заряды слишком быстро пропадают, не успев сделать полезную работу. В новой работе исследователи показали конструкцию, которая удерживает их дольше и направляет туда, где они реально участвуют в реакции.
Водород часто называют перспективным топливом из-за того, что при сгорании он даёт водяной пар. Теоретически его можно использовать там, где сложно перейти на батареи: в тяжёлом транспорте, в промышленном отоплении и в локальной генерации энергии. Но на практике значительную часть водорода сегодня получают из ископаемого сырья, поэтому экологическая выгода получается не такой очевидной. Именно поэтому способы производства водорода, которые обходятся без нефти и газа, вызывают столько интереса.
Фотокаталитическое расщепление воды выглядит простым на уровне идеи: берём воду, освещаем её через подходящий материал и получаем водород. На деле всё упирается в то, что свет создаёт в фотокатализаторе электроны и дырки, то есть два типа носителей заряда. Они должны разойтись и добраться до поверхности, чтобы запустить химическую реакцию. Однако чаще всего электроны и дырки быстро встречаются и взаимно уничтожают друг друга. Энергия при этом уходит в тепло, а эффективность падает.
Мичиганская команда решила подойти к этому с позиции материаловедения и квантовой физики. Они сделали экситонные квантовые сверхрешётки из ультратонких слоёв нитрида галлия и нитрида индия-галлия. Сверхрешётка в данном случае означает периодическую стопку слоёв толщиной в нанометры. Такая слоистая структура меняет поведение электронов и дырок: их можно не просто создать светом, но и лучше развести по пространству и направить.