Прорыв в «зеленой» энергетике: ТПУ создает инновационные материалы для получения водорода

Ведущие исследователи Томского политехнического университета, работая в составе международного научного коллектива, впервые синтезировали новый класс фотокаталитических материалов методом электроискровой эрозии. Эти наноструктурированные материалы, позволяющие получать водород из молекул воды, представляют огромный интерес для области «зеленой» энергетики. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials.

Водород давно рассматривается как перспективная альтернатива ископаемому топливу. Экологически чистый метод получения водорода, известный как «зеленый» водород, включает расщепление молекул воды. Обычно для этого используются фотоэлектрохимические ячейки, в которых энергия солнечного света применяется для электролиза воды. Однако процесс требует использования дорогих металлов платиновой группы в качестве электродов.

Одним из наиболее изученных и широко применяемых материалов для фотокаталитических устройств и приложений является оксид цинка (ZnO). Однако частицы ZnO сами по себе не могут обеспечить достаточный перенос электронов, которые необходимы для химической реакции расщепления молекулы воды. ZnO можно модифицировать и преобразовывать в наноструктуры, которые будут обладать хорошими полупроводниковыми и оптоэлектронными свойствами.

• Дамир Валиев, руководитель проекта, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий

Перед учеными Томского политеха стояла задача найти альтернативные материалы, которые были бы столь же эффективными, но менее затратными. В результате их исследований были созданы бинарные нанокомпозитные материалы из дисульфида вольфрама и оксида цинка (WS2–ZnO).

Для проверки эффективности новых материалов их нанесли на фотоанод фотоэлектрохимической ячейки и подвергли облучению ксеноновой лампой, имитирующей солнечный свет. В результате экспериментов наблюдалось повышенное выделение водорода и кислорода, что подтверждает значительный потенциал нового материала для использования в «зеленой» энергетике.

Синтез наноструктур WS₂–ZnO осуществлялся методом электроискровой эрозии гранул цинка в водных растворах перекиси водорода с одновременным добавлением в зону реакции наноструктурированного порошка WS₂. Ранее этот метод не применяли для изготовления наногетероструктур WS₂–ZnO.

• Дамир Валиев

Исследование выполнено в рамках федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» и опубликовано в высокорейтинговом журнале ACS Applied Energy Materials. В работе принимали участие ученые Инженерной школы новых производственных технологий и Инженерной школы ядерных технологий ТПУ в сотрудничестве с коллегами из Африканского университета Витватерсранда в Йоханнесбурге.

Эти новаторские достижения открывают новые горизонты для развития устойчивых и экологически чистых источников энергии, делая будущее более «зеленым» и безопасным для нашей планеты.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ