Ученые ЮФУ разработали новые фотоэлектрокатализаторы для получения «зеленого» водорода из воды, не имеющие мировых аналогов
https://www.traditionrolex.com/42
4 апреля 2023
Просмотров: 341
Исследователи Южного федерального университета получили новые наноразмерные катализаторы, способные получать «зеленый водород» путем расщепления воды в присутствии солнечного света. Такие возможности стали доступны благодаря уникальным сферическим наночастицам с полым ядром и оболочкой в составе катализаторов, эффективно улавливающие падающий солнечный свет и снижающие скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда.
Многие десятилетия человечество использует стандартные энергоресурсы, такие как уголь, газ и нефть, которые постепенно исчерпываются. Кроме того, наша планета претерпевает масштабное загрязнение, происходит большое выделение диоксида углерода, отравление окружающей среды и карбонизация. В связи с этим поиск новых источников возобновляемой альтернативной энергии приобретает большую актуальность в научной среде.
Сегодня важнейшей составляющей политики перехода в углеродно-нейтральное состояние энергетики России стала водородная энергетика. Она заключается в том, что при окислении водорода, приводящем к выработке электроэнергии, образуется экологически чистая и во всех смыслах безопасная вода. Из нее снова можно добывать водород, и так без конца. Водородная энергетика используется даже при создании электрокатализаторов для низкотемпературных топливный элементов, которые могут применяться в создании «чистых» машин будущего без выхлопных газов.
Исследователи Южного федерального университета вносят неоспоримый вклад в развитие альтернативной энергетики. Так, в недавней работе коллектива ученых Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ были предложены нанокатализаторы для фото-электро-каталитической генерации водорода с использованием водостойких металлорганических каркасных структур (международный термин - MOF). Разработка фото-электро-нанокатализаторов на основе новых материалов крайне востребована, но остается очень сложной задачей.
Вначале исследователи синтезировали идеальную сферическую наночастицу титан-содержащих MOF. Затем была произведена оптимизация поверхности наночастиц, а также разработана технология получения структурированной частицы «ядро-оболочка». По словам экспертов, частичное разложение сферической Ti-MOF приводит к образованию полой структуры типа «ядро-оболочка» благодаря различию структуры внутреннего и наружного слоев (см. рис).
«Уникальная природа сферических наночастиц с полым ядром и оболочкой позволяет эффективно улавливать падающий солнечный свет и снижать скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда. Эти нанокатализаторы являются крайне перспективными для получения «зеленого водорода» путем расщепления воды в присутствии солнечного света», – отметил автор научной статьи, постдок МИИ ИМ ЮФУ из Индии Аслам Хоссейн.
Большое разнообразие разрабатываемых коллективом нанопористых метал-органических структур открывает широкие возможности создания новых классов нанокатализаторов, используя предложенный способ оптимизации их практических важных характеристик.
Результаты исследования, посвященного созданию сферических нанопористых фото-электро-катализаторов со структурой «ядро-оболочка» были высоко оценены научным сообществом и опубликованы в высокорейтинговом научном издании «Small» с импакт-фактором 15.153.
Один из авторов научной статьи, молодой исследователь из Индии Аслам Хоссейн (Aslam Hossain), работающий на позиции постдока в Южном федеральном университете, отмечает, что условия, созданные в ЮФУ позволяют уже в ближайшем будущем разработать новую методику ускоренной оптимизации параметров синтезируемых нанопористых фотокатализаторов под конкретные практические применения, востребованные в «зеленой» энергетике будущего.
Работа проведена в рамках реализации стратегического проекта ЮФУ «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов низкоуглеродной экономики под управлением искусственного интеллекта» в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
Справочно:
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться. Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом:
Зеленый — производится из возобновляемых источников энергии методом электролиза воды. Все, что необходимо для этого: вода, электролизер и большое снабжение электроэнергией.
Голубой — производится из природного газа, а вредные отходы улавливаются для вторичного использования. Тем не менее идеально чистым этот метод не назовешь.
Розовый или красный — произведенный при помощи атомной энергии.
Серый — водород получают путем конверсии метана. При его производстве вредные отходы выбрасываются в атмосферу.
Коричневый — водород получают в результате газификации угля. Этот метод также после себя оставляет парниковые газы.
Еще существуют технологии получения биоводорода из мусора и этанола, но их доля чрезвычайно мала.
Источник
Многие десятилетия человечество использует стандартные энергоресурсы, такие как уголь, газ и нефть, которые постепенно исчерпываются. Кроме того, наша планета претерпевает масштабное загрязнение, происходит большое выделение диоксида углерода, отравление окружающей среды и карбонизация. В связи с этим поиск новых источников возобновляемой альтернативной энергии приобретает большую актуальность в научной среде.
Сегодня важнейшей составляющей политики перехода в углеродно-нейтральное состояние энергетики России стала водородная энергетика. Она заключается в том, что при окислении водорода, приводящем к выработке электроэнергии, образуется экологически чистая и во всех смыслах безопасная вода. Из нее снова можно добывать водород, и так без конца. Водородная энергетика используется даже при создании электрокатализаторов для низкотемпературных топливный элементов, которые могут применяться в создании «чистых» машин будущего без выхлопных газов.
Исследователи Южного федерального университета вносят неоспоримый вклад в развитие альтернативной энергетики. Так, в недавней работе коллектива ученых Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ были предложены нанокатализаторы для фото-электро-каталитической генерации водорода с использованием водостойких металлорганических каркасных структур (международный термин - MOF). Разработка фото-электро-нанокатализаторов на основе новых материалов крайне востребована, но остается очень сложной задачей.
Вначале исследователи синтезировали идеальную сферическую наночастицу титан-содержащих MOF. Затем была произведена оптимизация поверхности наночастиц, а также разработана технология получения структурированной частицы «ядро-оболочка». По словам экспертов, частичное разложение сферической Ti-MOF приводит к образованию полой структуры типа «ядро-оболочка» благодаря различию структуры внутреннего и наружного слоев (см. рис).
«Уникальная природа сферических наночастиц с полым ядром и оболочкой позволяет эффективно улавливать падающий солнечный свет и снижать скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда. Эти нанокатализаторы являются крайне перспективными для получения «зеленого водорода» путем расщепления воды в присутствии солнечного света», – отметил автор научной статьи, постдок МИИ ИМ ЮФУ из Индии Аслам Хоссейн.
Большое разнообразие разрабатываемых коллективом нанопористых метал-органических структур открывает широкие возможности создания новых классов нанокатализаторов, используя предложенный способ оптимизации их практических важных характеристик.
Результаты исследования, посвященного созданию сферических нанопористых фото-электро-катализаторов со структурой «ядро-оболочка» были высоко оценены научным сообществом и опубликованы в высокорейтинговом научном издании «Small» с импакт-фактором 15.153.
Один из авторов научной статьи, молодой исследователь из Индии Аслам Хоссейн (Aslam Hossain), работающий на позиции постдока в Южном федеральном университете, отмечает, что условия, созданные в ЮФУ позволяют уже в ближайшем будущем разработать новую методику ускоренной оптимизации параметров синтезируемых нанопористых фотокатализаторов под конкретные практические применения, востребованные в «зеленой» энергетике будущего.
Работа проведена в рамках реализации стратегического проекта ЮФУ «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов низкоуглеродной экономики под управлением искусственного интеллекта» в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
Справочно:
В классификации водорода главным критерием является его экологичность.
Чем больше оксидов углерода выделяется при производстве водорода, тем менее экологичным он будет считаться. Для простоты каждый «сорт» обозначается цветом:
Зеленый — производится из возобновляемых источников энергии методом электролиза воды. Все, что необходимо для этого: вода, электролизер и большое снабжение электроэнергией.
Голубой — производится из природного газа, а вредные отходы улавливаются для вторичного использования. Тем не менее идеально чистым этот метод не назовешь.
Розовый или красный — произведенный при помощи атомной энергии.
Серый — водород получают путем конверсии метана. При его производстве вредные отходы выбрасываются в атмосферу.
Коричневый — водород получают в результате газификации угля. Этот метод также после себя оставляет парниковые газы.
Еще существуют технологии получения биоводорода из мусора и этанола, но их доля чрезвычайно мала.
Источник