Ученые создали искусственный лист

Исследователи из Объединенного центра искусственного фотосинтеза Калифорнийского технологического института создали искусственный лист, который способен на свету расщеплять воду на кислород и водород для водородно-кислородных топливных элементов. Об этом говорится в сообщении Калифорнийского технологического института. Исследования в этом направлении проводились на протяжении последних пяти лет. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Energy and Environmental Science.

Искусственный лист, представляющий собой фотоэлектрохимическую ячейку, работа которой напоминает фотосинтез в наружном органе растения, состоит из трех основных компонентов: фотоанода, фотокатода и специальной мембраны. При попадании солнечного света на фотоанод он расщепляет воду на газ, протоны и электроны. При этом освещенный фотокатод заставляет протоны и электроны объединяться в молекулы водорода. Получаемый газ проходит через особую пластиковую мембрану, благодаря которой молекулы водорода и кислорода не смешиваются. После прохождения по мембране водород подается в систему хранения.

Фотоаноды и фотокатоды для фотоэлектрохимической ячейки могут быть изготовлены на основе кремния или арсенида галлия. Однако простое помещение таких элементов в воду выведет их из строя; они просто окислятся. Исследователи нашли способ защитить элементы от коррозии — их покрывают слоем двуокиси титана (используется в белилах, зубной пасте и солнцезащитных кремах), толщина которого составляет 62,5 нанометра. Для того, чтобы реакция разложения воды проходила эффективно, исследователи использовали катализатор.

Наиболее эффективным катализатором в процессе разложения может быть платина, однако ее использование удорожает конструкцию. В качестве катализатора в искусственном листе исследователи использовали никелевое напыление. Им покрывается фотоанод. Толщина напыленного слоя составляет всего два нанометра. При этом фотокатод тоже был покрыт катализатором — тонким слоем никель-молибденового сплава.

Новая фотоэлектрохимическая ячейка способна работать на протяжении 40 часов без перерыва. Один квадратный сантиметр ее поверхности способен конвертировать десять процентов солнечного излучения в химическую энергию, хранящуюся в виде водородного топлива для топливных элементов.