Международная команда ученых, в которую входят химики из Новосибирского государственного университета, разобралась в механизме получения водорода с помощью катализатора из кобальта и металл-органических координационных полимеров. Результаты работы опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.

Фотокаталитическое получение водорода — перспективная область современной энергетики. По сути, это обычное разложение воды с помощью электролиза, только происходит оно за счет солнечной энергии. Катализатором в данном случае называют полупроводниковый материал, который поглощает свет и превращает его в электричество.

В 2015 году ученые из Нидерландов сделали новый катализатор, поместив соединения кобальта внутрь металлоорганического координационного полимера (metal-organic frameworks, MOF) на основе оксида титана. Такой полимер состоит из кластеров оксида титана, которые оплетены сетью из полимерных цепей. В результате получается что-то вроде пористого материала, но поры в нем имеют строго определенный размер и расположены регулярно. В эти поры ученые и поместили кобальт, что внезапно дало увеличение эффективности получения водорода в 20 раз по сравнению с «пустым» MOF. Однако причины такого улучшения на тот момент остались неизвестными. Ученые предполагали, что частицы кобальта участвуют в переносе заряда с оксида титана к воде, но как точно это происходит, никто не знал.

В этом году ученые из нескольких стран — Франции, Испании, Нидерландов, России и Саудовской Аравии — объединились, чтобы наконец выяснить механизм разложения с помощью таких материалов. Они использовали спектроскопию электрон-парамагнитного резонанса и рентгеновскую спектроскопию поглощения, чтобы следить за поведением материала прямо во время получения водорода (в науке это называется in situ эксперимент, от латинского «на месте»). Часть опытов провели с использованием синхротронного излучения, которое обеспечивает большую чувствительность измерений.

Оказалось, что все дело в валентности кобальта. В исходном положении кобальт находится внутри полимерной сети в виде димера и имеет валентность Со(II). При облучения светом часть димеров разрушается, в результате атомы кобальта оказываются ближе к титановым кластерам и переходят в состояние Со(I). Именно вокруг таких частиц начинается процесс образования водорода, который затем уже лавинообразно распространяется на остальной материал. Этот процесс обратим: в отсутствие облучения Со(I) снова переходит в Со(II), поэтому их не удавалось «засечь» ранее.

Похожие новости

  • 05/10/2016

    Новосибирские учёные «вырастили» органические светоизлучающие полупроводники

    ​Группа учёных из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии (НИОХ), МГУ и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовала результаты мультидисциплинарного исследования в сфере органической электроники.
    2022
  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    1014
  • 08/08/2018

    Химики научились очищать дыхание от воды

    ​​Коллектив исследователей из России (Новосибирский государственный университет) и Германии разработали способ удалять водяные пары из воздуха, собранного у пациента на выдохе. Процедура не меняет количество летучих органических веществ в образце и позволяет сделать анализ состава дыхания намного точнее.
    341
  • 21/03/2017

    Новосибирские химики провели исследование фотомеханического эффекта в Европейском центре синхротронного излучения ESRF

    Химики НГУ провели новые эксперименты в Европейском центре синхротронного излучения ESRF (Гренобль, Франция). Они изучили влияние гидростатического сжатия в алмазных наковальнях на химические реакции в кристаллах, сопровождающиеся фотомеханическим эффектом.
    1745
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    240
  • 21/12/2016

    Новосибирские химики провели эксперименты на синхротроне во Франции

    Учёные кафедры химии твёрдого тела Новосибирского государственного университета приняли участие в работах на экспериментальной станции Европейского центра синхротронного изучения.ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) — исследовательский ускорительный комплекс, источник синхротронного излучения третьего поколения, расположенный в Гренобле во Франции.
    1325
  • 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.
    649
  • 26/10/2016

    Сибирские и китайские учёные обнаружили сильную фотолюминесценцию в «дефектном» графене

    ​Специалисты из Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии СО РАН и Пекинского университета химических технологий исследовали свойства модифицированного графита — перфорированного окисленного графена.
    2556
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1193
  • 31/10/2016

    В НГУ проходит российско-японская конференция по перспективным наноматериалам

    ​Новосибирский государственный университет совместно с Институтом химии твёрдого тела и механохимии СО РАН и Университетом Тохоку проводит с 30 октября по 2 ноября 2016 года российско-японскую конференцию «Advanced Materials: Synthesis, Processing and Properties of Nanostructures», посвящённую перспективным материалам и наноструктурам.
    2860