Искусственный лист создали американские исследователи. Разработка способна под влиянием света производить расщепление воды на водород и кислород. Новинку ученые планируют использовать для производства водородно-кислородных топливных элементов.
Специалисты Объединенного центра искусственного фотосинтеза Калифорнийского технологического института потратили на разработку фотоэлектрохимической ячейки пять лет. Работа полученного листа напоминает фотосинтез природного аналога. В разработке сожержится три основных элемента – фотоанод, фотокатод и специальная мембрана.
Фотоанод под воздействием солнечных лучей расщепляет жидкость на протоны, электроны и газ. Фотокатод в свою очередь объединяет протоны и электроны в молекулы водорода. Полученный газ, проходя по специальной пластиковой мембране, попадает в систему хранения, при этом молекулы кислорода и водорода не смешиваются.
В качестве материала для изготовления фотокатодов и фотоанодов может использоваться кремний или арсенид галлия. Однако такие материалы требуют специального покрытия, так как при помещении в воду происходит процесс окисления. Для покрытия исследователи использовали двуокись титана, который входит в состав зубной пасты, белил и солнцезащитных средств. Толщина слоя составила 62,5 нанометра. Для эффективного разложения воды был использован катализатор.
В процессе экспериментов выяснилось, что максимальную эффективность имеет катализатор, изготовленный из платины. Однако высокая стоимость материала повышает цену конструкции. Поэтому ученые заменили платину на никелевое напыление, которым покрывался фотоанод. При этом толщина слоя не превышала два нанометра. Для покрытия фотокатода использовался никель-молибденовый сплав.
Время работы фотоэлектрохимической ячейки – 40 часов. Квадратный сантиметр листа конвертирует 10% солнечного света в химическую энергию.
Напомним, что недавно американские ученые продемонстрировали дешевую и эффективную электролиза воды. При использовании на промышленном уровне разработка максимально снизит стоимость водородного топлива.