Молекулярни кубчета на слънчева светлина

Фотокатализаторите се изчерпват в растенията за окисляване на водата

Водороден пламък DOE
чете на глас

Получаването на водород от вода и слънце - това би било решение на много енергийни проблеми. Австрало-американски изследователски екип е разработил катализатор, който ефективно катализира една от частичните реакции, фотоокислението на водата.

Водородът се счита за един от най-важните енергийни носители на бъдещето. Би било идеално да се добива водород не от изкопаеми горива, а чрез разделяне на вода. Електролизата на водата обаче е изключително енергоемък процес и по този начин не само скъп, но и не наистина устойчив, ако необходимата електроенергия отново ще бъде генерирана от изкопаеми горива. Фотолизата, тоест разделянето на водата чрез светлина, е обещаваща алтернатива.

Електролиза на Power Eater

Електролизата е обръщане на процесите в батерия: електрическата енергия се преобразува в химическа. Електролизата на водата се състои от две частични реакции: протоните, положително заредени водородни йони, се редуцират до водород в катодното пространство, кислородът се образува в анодното пространство чрез окисляване на водата. За да извлечете максимума от този енергоемък процес, има смисъл да използвате слънчевата светлина.

Най-голямото препятствие по пътя на фотокаталитичното разделяне на водата обаче е, че все още не може да се намери стабилен катализатор за окисляване на водата. Всъщност най-известният катализатор, който окислява водата много ефективно при облъчване на видима светлина, е ензим, съдържащ манган, от фотосинтетичния апарат на живите организми.

Манганов комплекс по модел на природата

Робин Бримбълкомб и Леоне Шпича от Университета Монаш в Австралия, Герхард Ф. Суиджърс от Австралийската организация за научни и индустриални изследвания (CSIRO) и Г. Чарлз Дисмукес от Принстънския университет в САЩ разработиха фотокатализатор, базиран на тази структура, което ефективно катализира фотоокисляването на водата. показ

Централният му елемент е комплекс, съдържащ манган, който е копиран от фотосинтетични организми. Това е мангано-оксо комплекс с кубично ядро ​​от четири манганови и четири кислородни атома, което е капсулирано от фосфинатни молекули. Действителният каталитично активен слой се образува, когато светлинната енергия освобождава молекула от капсулата.

Мембрана стабилизира катализатора

Мангановият комплекс обаче не е разтворим във вода. Изследователите заобикалят този проблем, като покриват електрод с тънка мембрана с вафла. Вграден във водните канали на тази мембрана, каталитичният комплекс се стабилизира и влиза в добър контакт с водните молекули. Облъчването с видима светлина при приложено напрежение 1, 2 волта води до ефективно електроокисляване на водата.

Тази анодна половин клетка може лесно да се сдвои с каталитична водородна произвеждаща катодна клетка. В бъдеще например може да се създаде фотоелектрохимична клетка, която да произвежда чист водород и кислород от вода и слънчева светлина.

(Общество на немските химици, 27.08.2008 г. - NPO)