Ученые NREL применили другой подход к процессу PEC, который использует солнечную энергию для разделения воды на водород и кислород. Для этого процесса требуются специальные полупроводники, материалы PEC и катализаторы для расщепления воды. В предыдущих работах в качестве катализаторов, прикрепленных к полупроводникам, использовались драгоценные металлы, такие как платина, рутений и иридий. Однако крупномасштабные коммерческие усилия с использованием этих драгоценных металлов не будут рентабельными.
Было предложено использовать более дешевые молекулярные катализаторы вместо драгоценных металлов, но они столкнулись с проблемами стабильности и, как было обнаружено, имели более короткий срок службы, чем катализаторы на основе металлов.Вместо этого исследователи NREL решили исследовать молекулярные катализаторы вне жидкого раствора, в котором они обычно изучаются, чтобы увидеть, могут ли они прикрепить катализатор непосредственно к поверхности полупроводника.
Им удалось нанести слой диоксида титана (TiO2) на поверхность полупроводника и связать молекулярный катализатор с TiO2.Их работа показала, что молекулярные катализаторы могут быть столь же высокоактивными, как и катализаторы на основе драгоценных металлов.Их исследование «Восстановление воды с помощью фотоэлектрода p-GaInP2, стабилизированного аморфным покрытием TiO2 и молекулярным кобальтовым катализатором» было опубликовано в журнале Nature Materials.
Цзин Гу и Юн Янь — ведущие авторы статьи. Авторы Джеймс Янг, Натан Нил и Джон Тернер — все из Центра химии и нанонауки NREL. Сотрудник К. Ксеркс Штайрер работает в Центре материаловедения NREL.
Тернер отмечает, что, хотя молекулярные катализаторы не так стабильны, как катализаторы на основе металлов, системы PEC отключаются каждый вечер с заходом солнца. Это оставляет время для регенерации молекулярного катализатора.
«Надеюсь, вам не придется делать это каждый день, но это указывает на тот факт, что катализаторы с низкой стабильностью, но с высокой активностью могут быть жизнеспособными кандидатами в качестве долгосрочного решения проблемы масштабируемости систем водоразделения PEC», — сказал Тернер.