Разработка чистых и возобновляемых источников энергии — одна из важнейших задач нашей цивилизации. Искусственный фотосинтез — один из самых перспективных подходов.
Это когда вода фотоэлектрохимически с помощью солнечного света разделяется на компоненты H2 и O2 и хранится. Когда химические элементы позже объединяются, может быть создана электрическая энергия. Команда исследователей во главе с химиками из Базельского университета Кэтрин Хаускрофт и Эдвин Констебл работают вместе со Швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологий (Empa) над внедрением этого метода.
Устойчивые топливные элементыПроцесс расщепления воды (H2O) состоит из двух частичных реакций, которые реализуются с помощью разных катализаторов: окисления воды (которое производит O2) и восстановления воды (которое производит H2). Первая из двух реакций является более сложной, поэтому исследования прилагают так много усилий к разработке эффективных и устойчивых катализаторов окисления воды.
Важным фактором при создании фотоэлектрохимических топливных элементов является точное расположение отдельных компонентов. «Если вы этого не сделаете, это все равно, что бросить все разные части часов в сумку, встряхнуть их и затем надеяться, что можно будет определить время», — объясняет профессор Эдвин Констебл из Базельского университета. .Чтобы определить идеальное расположение катализаторов, химики из Базеля в своем текущем исследовании разработали модель окисления воды, которая, хотя и работает от электричества, генерирует те же химические промежуточные состояния, что и свет. Для этого они использовали в качестве катализатора соединения химического элемента рутения. Важнейшей особенностью является самостоятельная сборка отдельных компонентов в иерархическую структуру. Таким образом, исследователям удалось смоделировать топливные элементы, работающие за счет светового излучения.
Эта модель позволила им проверить положение и эффективность отдельных компонентов.