Umelé “listy” dokážu produkovať čistý vodík z vody aj celé týždne

Výskum, ktorý uskutočnili vedeckí pracovníci z Cambridgeskej univerzity spoločne s akademikmi z Imperial College v Londýne, by mohol pomôcť prekonať jeden z kľúčových problémov pri výrobe solárnych palív, kde sú súčasné bežné materiály pohlcujúce svetlo obmedzené buď svojím výkonom, alebo stabilitou. Vodíkové palivo bude zohrávať rozhodujúcu úlohu pri prechode na úplnú dekarbonizáciu a pri dosahovaní nulových emisií. Keďže väčšina vodíka v súčasnosti pochádza z fosílnych palív, výskumníci sa snažia nájsť spôsoby, ako vyrábať vodík udržateľnejšie.

Jedna z možností, ako to dosiahnuť, je vyrobiť zariadenia, ktoré dokážu zbierať slnečné svetlo a štiepiť vodu na výrobu ekologického vodíka. Hoci na produkciu zeleného vodíka bolo testovaných už veľa materiálov, väčšina z nich rýchlo degraduje po ponorení do vody. Napríklad perovskity sú najsľubnejšie materiály z hľadiska účinnosti zberu svetla, ale sú nestabilné vo vode a obsahujú olovo, ktoré by mohlo uniknúť. Preto výskumníci pracujú na vývoji bezolovnatých alternatív. Oxyjodid bizmutitý (BiOI) je netoxická polovodičová alternatíva, s ktorou sa však veľmi nerátalo pre zlú stabilitu vo vode.

Na základe predchádzajúcich zistení by sa však potenciál BiOI mal prehodnotiť. Dr. Robert Hoye z Imperial College London vysvetlil, že pred niekoľkými rokmi bolo demonštrované, že solárne články na báze BiOI sú stabilnejšie ako tie, ktoré používajú najmodernejšie perovskitové absorbéry svetla. Teraz chceli zistiť, či možno túto stabilitu uplatniť na výrobu zeleného vodíka. Tím výskumníkov vytvoril zariadenia, ktoré napodobňujú prirodzený proces fotosyntézy vyskytujúci sa v listoch rastlín, ibaže namiesto cukrov produkujú vodík.

Tieto zariadenia s umelými listami boli vyrobené z BiOI a iných trvalo udržateľných materiálov, ktoré využívajú slnečné svetlo na produkciu O2, H2 a CO. Stabilitu týchto zariadení zvýšili vložením BiOI medzi dve vrstvy oxidu. Robustná štruktúra zariadenia na báze oxidu bola potiahnutá grafitovou pastou odpudzujúcou vodu, ktorá zabránila infiltrácii vlhkosti. To predĺžilo stabilitu pixelov oxyjodidu bizmutého absorbujúcich svetlo z minút na niekoľko mesiacov vrátane času, keď boli zariadenia uskladnené. To dokazuje, že BiOI je životaschopný ľahký zberač na stabilnú produkciu zeleného vodíka.

Výskumníci ďalej zistili, že zariadenia s umelými listami pozostávajúce z viacerých oblastí zberu svetla (pixelov) preukázali vyšší výkon v porovnaní s konvenčnými zariadeniami s jediným väčším pixelom rovnakej celkovej veľkosti. Niektoré chybné pixely by sa teda mohli odpojiť, čo by neovplyvnilo zvyšok. Zariadenie by mohlo nielen produkovať vodík, ale aj redukovať CO2 na syntézny plyn, čo je dôležitý medziprodukt v priemyselnej syntéze chemikálií a liečiv.

Nové spôsoby výroby zariadení s umelými listami BiOI, ktoré sú stabilnejšie, sa teraz môžu preniesť do iných nových systémov, čo pomôže pri ich komercializácii. Výskum bol publikovaný v časopise Nature Materials.

Zdroj: eurasiareview.com.