Управление спином электронов для эффективного расщепления воды: этот метод может привести к производству водорода для топлива на солнечных батареях.

Цель состоит в том, чтобы производить водород с помощью фотоэлектрохимических (солнечных) элементов, используя свет для разделения воды. К сожалению, расщепление молекул воды до сих пор было относительно неэффективным, и перекись водорода, образующаяся в качестве побочного продукта, разъедает некоторые электроды, тем самым еще больше снижая эффективность процесса.Электронный спин

Исследователи во главе с профессорами Роном Нааманом из Института Вейцмана и Бертом Мейером из Технологического университета Эйндховена первыми специально исследовали роль спина — внутреннего магнитного момента — электронов, участвующих в этих основных кислородные химические реакции. Они предположили, что если бы оба спина могли быть выровнены, образование перекиси водорода не происходило бы, потому что для основного состояния перекиси водорода нужны два электрона с противоположными спинами.

Кислород, напротив, образуется, когда электроны имеют параллельные спины.Ожидания превзошлиСекрет успеха заключался в краске: исследователи покрыли один из электродов фотоэлектрохимической ячейки — анод из оксида титана — органической краской, содержащей хиральные (молекулы, являющиеся зеркальным отображением друг друга) супрамолекулярные структуры органической краски. Эти уникальные структуры позволили ученым вводить в химическую реакцию только электроны со спинами, выровненными в определенном направлении.

Эта работа была основана на предыдущих выводах лабораторной группы Наамана, демонстрирующих, что передача электронов через хиральные молекулы является избирательной, в зависимости от спинов электронов. «Эффект расщепления воды превзошел наши ожидания», — говорит Нааман. «Образование перекиси водорода было почти полностью подавлено. Мы также увидели значительное увеличение тока клетки. И поскольку хиральные молекулы очень распространены в природе, мы ожидаем, что это открытие может иметь значение во многих областях исследований».

Исследователи пока не могут точно сказать, насколько хорошо это открытие может повысить эффективность производства водорода. «Наша цель состояла в том, чтобы контролировать реакцию и понимать, что именно происходит», — объясняет Мейер. «В некотором смысле это была удача, потому что супрамолекулярные структуры изначально не предназначались для этой цели. Это показывает, насколько важна супрамолекулярная химия как фундаментальная область исследований, и мы очень заняты оптимизацией процесса. "


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.