Текст уведомления здесь

Синхротрон помог ученым выяснить механизмы фоторазложения воды

Новые материалы увеличивали эффективность этого процесса в 20 раз, но никто точно не знал почему.
Добавить в закладки
Комментарии

Международная команда ученых, в которую входят химики из Новосибирского государственного университета, разобралась в механизме получения водорода с помощью катализатора из кобальта и металлоорганических координационных полимеров. Результаты работы опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.

Фотокаталитическое получение водорода — перспективная область современной энергетики. По сути, это обычное разложение воды с помощью электролиза, только происходит оно за счет солнечной энергии. Катализатором в данном случае называют полупроводниковый материал, который поглощает свет и превращает его в электричество.

В 2015 году ученые из Нидерландов сделали новый катализатор, поместив соединения кобальта внутрь металлоорганического координационного полимера (metal-organic frameworks, MOF) на основе оксида титана. Такой полимер состоит из кластеров оксида титана, которые оплетены сетью из полимерных цепей. В результате получается что-то вроде пористого материала, но поры в нем имеют строго определенный размер и расположены регулярно. В эти поры ученые и поместили кобальт, что внезапно дало увеличение эффективности получения водорода в 20 раз по сравнению с «пустым» MOF. Однако причины такого улучшения на тот момент остались неизвестными. Ученые предполагали, что частицы кобальта участвуют в переносе заряда с оксида титана к воде, но как точно это происходит, никто не знал.

В этом году ученые из нескольких стран — Франции, Испании, Нидерландов, России и Саудовской Аравии — объединились, чтобы наконец выяснить механизм разложения с помощью таких материалов. Они использовали спектроскопию электрон-парамагнитного резонанса и рентгеновскую спектроскопию поглощения, чтобы следить за поведением материала прямо во время получения водорода (в науке это называется in situ эксперимент, от латинского «на месте»). Часть опытов провели с использованием синхротронного излучения, которое обеспечивает большую чувствительность измерений.

Оказалось, что все дело в валентности кобальта. В исходном положении кобальт находится внутри полимерной сети в виде димера и имеет валентность Со(II). При облучения светом часть димеров разрушается, в результате атомы кобальта оказываются ближе к титановым кластерам и переходят в состояние Со(I). Именно вокруг таких частиц начинается процесс образования водорода, который затем уже лавинообразно распространяется на остальной материал. Этот процесс обратим: в отсутствие облучения Со(I) снова переходит в Со(II), поэтому их не удавалось «засечь» ранее.

Новые знания помогут ученым в будущем получать еще более эффективные катализаторы для получения водорода. А о том, как получают водород в Южно-Уральском государственном университете, читайте другой материал «Чердака».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы