Нанодеревья для водорода

        Прорыв исследователей из Инженерной Школы Университета Калифорнии в Сан-Диего может в скором времени предложить экологически чистый и весьма недорогой способ получения водорода – топлива, свободного от углеродного следа – за счет использования новых древовидных наноструктур. Вертикальная древовидная структура, получившая название «нанодерево», используется для максимизации захвата солнечной энергии с последующим выделением водорода.





        «С использованием структуры данного типа, исходя из наших вычислений, почва для химических реакций улучшается, по крайней мере, в 400 тысяч раз» — сказал доктор электротехники Ке Сан, глава исследования. В отчете об исследовании, опубликованном в журнале Nanoscale, ученые говорят, что они строили своеобразные леса из крошечных нанодеревьев, которые позволяют осуществлять захват солнечной энергии намного более эффективно, имитируя способ поглощения энергии, который используют настоящие деревья.

        Вполне очевидно, что вдохновением для команды учёных послужили разработки, связанные с искусственным фотосинтезом. Процесс фотосинтеза заключается в том, что растения поглощают солнечный свет, одновременно собирая углекислый газ и воду из атмосферы и далее создавая углеводы для питания и роста. Команда Ван также надеется использовать механизм естественного фотосинтеза для улавливания оксида углерода из атмосферы и сокращения содержания парниковых газов в окружающей среде.





        Большая часть исследований в области получения водородного топлива сосредоточена на замене сегодняшних технологий, использующих ископаемое топливо, аналогичными, но с использованием чистых источников энергии, не имеющих побочного продукта в виде парниковых газов. Разработка команды Вана, так называемые «3D-разветвленные наномассивы», использует для получения водорода фотоэлектрохимическое расщепление воды на основе солнечного света.

        Сама идея такого солнечного электролиза далеко не нова, но основной проблемой разработок прошлых лет была высокая цена платиновых катализаторов, необходимых для осуществления таких химических реакций. Ранее учёными уже были разработаны некоторые альтернативы в этой области, начиная от идеи производства водорода в солнечных коллекторах и заканчивая потенциальной возможностью использования более дешевых никелевых и кобальтовых катализаторов.

        Но прорыв группы Вана заключается сразу в нескольких нововведениях. Во-первых, в технологии предусматривается использование обильного солнечного света, а катализаторами химических реакций выступают дешевые, но перспективные кремний и оксид цинка. Во-вторых, прорыв также включает в себя уже описанные выше наноразмерные структурные изменения в самом механизме поглощения солнечного света. Данный фактор является ключевым в повышении эффективности процесса, ведь разработанные учёными «нанодеревья» идеально подходят для захвата максимального количества солнечного света.





        Как сказал Ван, секрет заключается в том, что древовидные структуры по-настоящему поглощают солнечный свет, в то время как плоские поверхности просто отражают его. Он также добавил, что разработанные наноструктуры напоминают клетки сетчатки в глазу человека. Казалось бы, вполне логичное решение, ведь стоит только посмотреть на фотографии Земли из космоса: самые светлые места – это плоские поверхности – океаны и пустыни, которые отражают больше всего света, в то время как территории, засаженные лесами, выглядят более тёмными.

        По словам исследователей, вертикальная трёхмерная наноструктура также позволяет увеличить выход водорода. Здесь действует аналогия с кипящей водой: в большой кастрюле с кипящей водой пузырёк должен стать очень большим, чтобы выйти на плоскую поверхность. В случае использования наноструктур, размер пузырька может быть минимальным, поэтому водород извлекается гораздо быстрее. Более того, площадь поверхности для извлечения водорода увеличивается в 400 тысяч раз.

 

Источник: /users/104