​Ученые Томского политехнического университета совместно с исследователями из Чехии разработали новый двумерный материал для получения водорода — основы альтернативной энергетики. Материал эффективно генерирует молекулы водорода из пресной, соленой и загрязненной воды под действием солнечного света. Результаты исследования представлены в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8,758; Q1). 

​«Водород — альтернативный источник энергии, развитие водородных технологий может стать решением энергетических проблем человечества. Однако не решен целый ряд вопросов. В частности, ученые все еще в поиске разных методов получения водорода — как его получать много, максимально экологично и быстро. Один из основных вариантов — это разложение воды под действием света. Воды на нашей планете много, однако далеко не все методы работают с соленой или загрязненной водой. Кроме того, мало кто из ученых задействует инфракрасный спектр, а это 43 % от всего солнечного света», — отмечает один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова

Разработанный материал представляет собой трехслойную конструкцию толщиной всего около 1 микрометра. Нижний слой — тонкая пленка золота, второй слой толщиной менее 10 нанометров состоит из платины, третий — пленка металл-органических каркасов из соединений хрома и органических молекул. 

«Во время экспериментов мы просто заливали материал водой и герметично закрывали емкость, чтобы делать периодические отборы газовых проб для определения количества водорода. Под действием инфракрасного света на поверхности образца наблюдалось возбуждение плазмонного резонанса. При этом «горячие» электроны, генерируемые на золотой пленке, переносились в слой платины. Эти электроны затем инициировали восстановление протонов на границе с органическим слоем. В случае достижения электронами каталитических центров металл-органических каркасов последние использовались также для восстановления протонов и получения водорода», — поясняет Ольга Гусельникова.​ 
Как показали эксперименты, 100 квадратных сантиметров материала могут сгенерировать 0,5 литра водорода за один час — это один из самых больших показателей, зафиксированных для двумерных материалов. 

«Металлоорганический каркас в данном случае выступал еще и фильтром. Он отсеивал загрязнения и пропускал к слою металлов уже очищенную воду без примесей. А это очень важно, потому что, хотя воды на Земле много, основной ее объем — это соленая вода, также очень много уже загрязненной воды. И именно с такой водой нужно учиться работать», — отмечает исследователь. 

В дальнейшем ученые намерены доработать материал, чтобы он одинаково эффективно работал как в инфракрасном спектре, так и в видимом. 

«Материал и сейчас демонстрирует определенную абсорбцию в области видимого света, однако его эффективность несколько ниже, чем в инфракрасной зоне. После доработки можно будет говорить о том, что материал работает с 93 % спектрального объема солнечного света», — добавляет Ольга Гусельникова. 

Исследование ведется в сотрудничестве с учеными из Университета химии и технологии Праги и Университета Яна Пуркине (Чехия). Данные исследования стали основой для заявки на проект, поддержанной по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ (ВИУ-ИШХБМТ-194/2020, научный руководитель – доцент ИШХБМТ Павел Постников). 

На фото: принцип работы материала​ 

Похожие новости

  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    2126
  • 31/07/2020

    Томские химики масштабируют технологию получения соды для производства стекла в Новосибирске

    ​​​Химики Томского политехнического университета примут участие в проекте по организации производства соды мощностью в 50 тысяч тонн в год на базе новосибирского предприятия ООО «Сибирское стекло» — одного из крупнейших в России производителей стеклотары.
    327
  • 16/01/2019

    Химики ТПУ создали нанокатализатор для получения новых материалов

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) под руководством бельгийского профессора создали нанокаркасный катализатор на основе циркония, который в разы ускоряет химические процессы, и может использоваться для получения новых материалов.
    1328
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1559
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1807
  • 31/07/2020

    Малотоннажную химию развивают в Томске

    ​​Томский политехнический университет и группа компаний «ИнЭнерджи» подписали соглашение в рамках развития направления малотоннажной химии. Партнеры будут проводить совместные научные исследования, разрабатывать и производить наукоемкую продукцию — в частности, материалы, блоки и узлы для изготовления электрохимических генераторов на топливных элементах.
    332
  • 18/12/2019

    Сибирская косметика для зарубежных рынков: куда ученых привели эксперименты с ксеноном

    ​​Обычно российские товары выходят сначала на отечественный рынок и только потом попадают к иностранному потребителю. Косметика с ксеноном, созданная в Томском университете, сломала этот шаблон. В России с ней почти не знакомы, а вот в странах Юго-Восточной Азии и Латинской Америки она уже вовсю продается.
    448
  • 28/05/2016

    Томские политехники вместе с учеными из Чехии и Беларуси разрабатывают уникальные нанопокрытия для космоса и атомной энергетики

    Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии и Беларуси разрабатывают тончайшие нанокомпозитные покрытия на основе нитридов алюминия и кремния для работы в экстремальных условиях.
    1193
  • 28/03/2019

    Китайские и российские ученые изобрели уникальный маскировочный материал

    Уникальный маскировочный материал на основе оксида железа получили из обычных водопроводных труб ученые Томского политехнического университета. Разработчики уверены, что в будущем это покрытие очень пригодится военным — с его помощью можно сделать невидимой для радаров любую технику.
    518
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    998