Усъвършенстване с използването

Учени от отдела по химически науки в Националната лаборатория Лорънс Бъркли, тестват изкуственото устройство за фотосинтеза. То е разработено от професор по електротехника и компютърно инженерство от Университета в Мичиган. Вместо да се разгражда с течение на времето, както е характерно за устройствата, които превръщат водата и светлината във водородно гориво, новото устройство се подобрява.

Това е откритие, което би могло да помогне на изкуствената фотосинтеза да бъде практичен метод за производство на водородно гориво. Изследователите са открили, защо джаджата за разделяне на вода, направена с евтини и налични материали, неочаквано става по-ефективна по време на употреба. Новото разбиране на този механизъм може радикално да ускори комерсиализацията на технологиите, които превръщат светлината и водата в енергия.

Стабилността променя играта в наша полза

Група от учени изследва изкуственото устройство за фотосинтеза, което включва гора от нанопроводи от галиев нитрид. Това е евтин полупроводник, който се използва широко в ежедневната електроника. Преди три години са демонстрирали, че така се удвоява ефективността и стабилността на предишните технологии, използвани за генериране на водород директно от прясна или морска вода и светлина.

Уникалната платформа, която се разработва през последното десетилетие, не само е подходяща за производство на слънчев водород. Тя се използва много ефективно за превръщане на въглероден диоксид в чисти химикали и горива, като метан, метанол, мравчена киселина и синтетичен газ. А черешката на тортата е тяхната стабилност.

За да разберат, как такива обикновени материали постигат тези изключителни резултати, учените обръща взор към наномащабните свойства на изкуствените фотосинтезни компоненти с усъвършенствана микроскопия. Оказва се, че именно галиевия нитрид играе ключовата роля.

Принцип на работа

Устройството ефективно абсорбира фотоните на светлината, преобразува ги в електрони и след това ги използва за разделяне на водата на водород и кислород. Обикновено ефективността на изкуственото устройство за фотосинтеза пада рязко само след няколко часа употреба. Причината е, че материалът започва да се разгражда. За изненада на екипа, материалът започва да произвежда повече свободни електрони. Също така се подобрява при набирането им за разделяне на водата, повишавайки ефективността.

За да събере повече улики, групата използва сканираща електронна микроскопия и техника, наречена рентгенова фотонна спектроскопия, за да изследва материала. Това разкри, че горният нанометър на галиевия нитрид е абсорбирал малко кислород, създавайки повече места за производство на водород на повърхността. Този материал се нарича галиев оксинитрид.

Чрез изчисляване промяната в разпределението на химичните видове в определени части от повърхността на материала, успешно е намерена структура, която корелира с развитието на галиевия оксинитрид като активно място. Идентифицирането на основните механизми, поради които този материал става по-здрав и ефективен, вместо да се влошава също е от значение. Констатациите от тази работа ще помогнат на учените да проектират и изградят по-ефективни устройства за изкуствена фотосинтеза на по-ниска цена.

Обещаващи планове

Изследователите ще тестват силициевия и галиев нитриден материал в напълно интегрирана фотоелектрохимична клетка. Също така ще експериментират с подобни материали, за да получат по-добро разбиране за това, как нитридите допринасят за стабилността в устройствата за изкуствена фотосинтеза.