Svjetlost i vodu pretvaraju u vodikovo gorivo bez pomoći ugljika
Istraživači su otkrili zašto jeftini uređaj za cijepanje vode postaje učinkovitiji tijekom uporabe; umjetna fotosinteza mogla bi postati praktična metoda za proizvodnju vodikovog goriva
Otkrili smo neobično svojstvo u materijalu koje mu omogućuje da postane učinkovitiji i stabilniji, pohvalila se Francesca Toma, istraživačica s Odjela za kemijske znanosti Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley. Ona je predvodila istraživanje objavljeno u časopisu Nature Materials.
Uređaj za umjetnu fotosintezu
Znanstvenici su proučavali uređaj za umjetnu fotosintezu koji je svojedobno izumio profesor elektrotehnike i računarstva Zetian Mi. Njegov uređaj uključuje šumu nanožica galij nitrida, jeftinog poluvodiča koji se široko koristi u svakodnevnoj elektronici.
Ima tome tri godine kako je Mi pokazao da njegov uređaj udvostručuje učinkovitost i stabilnost prethodnih tehnologija korištenih za stvaranje vodika izravno iz slatke ili morske vode i svjetlosti. Jedinstvena platforma nije pogodna samo za proizvodnju solarnog vodika; ona se vrlo učinkovito koristi i za pretvaranje ugljičnog dioksida u čiste kemikalije i goriva, poput metana, metanola, mravlje kiseline i sintetskog plina.
Istraživači jedino nisu znali odgovoriti zašto tako obični materijali postižu ovako izvanredne rezultate pa su Toma i njen kolega Guosong Zeng odlučili istražiti galijev nitrid. Testirali su koliko je učinkovito uređaj apsorbirao fotone svjetlosti, pretvarao ih u elektrone, a zatim te slobodne elektrone koristio za razdvajanje vode na vodik i kisik.
Galijev oksitnitrid
Učinkovitost umjetnog uređaja za fotosintezu obično naglo pada nakon samo nekoliko sati jer se materijal počinje razgrađivati. No, na opće čuđenje, materijal je počeo proizvoditi više slobodnih elektrona i koristiti za cijepanje vode, povećavajući učinkovitost. Ukratko, umjesto da se pogoršava, materijal se popravljao s vremenom.
Rendgenskom fotonskom spektroskopijom otkriveno je kako je gornji nanometar galijevog nitrida apsorbirao malo kisika, stvarajući više mjesta za proizvodnju vodika na površini materijala, objašnjava Toma. Taj se materijal naziva galijev oksitnitrid. Ova zapažanja kasnije su potvrdile i računalne simulacije stručnjaka iz laboratorija Lawrence Livermore.
Učinkovitije i jeftinije
Istraživači su tako otkrili temeljne mehanizme zbog kojih ovaj materijal postaje robusniji i učinkovitiji umjesto da se pogoršava, a nalazi bi trebali pomoći u izgradnji učinkovitijih uređaja za umjetnu fotosintezu po nižoj cijeni.
Sljedeći korak trebao bi biti testiranje silikonskog i nitridnog materijala u potpuno integriranoj fotoelektrokemijskoj ćeliji koja cijepa vodu. Eksperimenti bi trebali pokazati kako to nitridi pridonose stabilnosti u uređajima za umjetnu fotosintezu.
