Новый аэрогель может производить в 70 раз больше водорода, чем конкурирующие методы

Команда ученых создала новый аэрогель, который повысил эффективность преобразования света в водородную энергию, производя «до 70 раз больше водорода», чем конкурирующие методы, согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Applied Materials & Interfaces .

Это может стать началом нового способа производства водородного топлива в промышленных масштабах. И, возможно, открыть путь для автомобилей, работающих на водороде, новых двигателей для самолетов и будущих электрических сетей.

«Легированные» наночастицы могут поглощать больше солнечного света

Если вы пропустили, аэрогели неоднократно устанавливали мировые рекорды Гиннеса, включая почетное звание одного из самых легких твердых тел в мире. Аэрогели на основе наночастиц можно использовать в качестве фотокатализатора, который ускоряет химические реакции (в сочетании с солнечным светом) для производства чрезвычайно полезных в современном мире продуктов, включая водород.

Оптимальным материалом для фотокатализаторов является диоксид титана (TiO2), который также является полупроводником. Но у него есть серьезный недостаток: он поглощает только УФ-спектр, что составляет всего 5% от общего солнечного света. Чтобы фотокатализаторы оказались эффективными и полезными в энергетической отрасли, они должны использовать более широкий спектр длин волн.

Это цель профессора Маркуса Нидербергера и его команды в лаборатории многофункциональных материалов ETH Zurich.

Ученые искали новые и альтернативные способы оптимизации эффективности аэрогелей, созданных из наночастиц TiO2. Они обнаружили, что за счет «легирования» наночастиц TiO2 азотом дискретные атомы кислорода в материале заменяются атомами азота, аэрогель становится способным поглощать более видимые части солнечного спектра. Этот процесс также позволяет пористой структуре аэрогеля оставаться нетронутой.

Аэрогели, содержащие палладий, могут генерировать в 70 раз больше водорода

Сначала исследователи производили аэрогель, используя наночастицы TiO2 в сочетании с небольшими количеством палладия. Палладий полезен, потому что он играет важную роль в фотокаталитическом производстве водорода. Но затем ученые поместили аэрогель в реактор, где он был наполнен газообразным аммиаком, заставляя атомы азота встраиваться в кристаллическую структуру наночастиц TiO2. Чтобы убедиться, что модифицированный таким образом аэрогель действительно может повысить эффективность желаемой химической реакции (в частности, превращения метанола и воды в водород),  Затем водяной пар и метанол добавили в аэрогель и облучили смесь парой светодиодных ламп.

В результате получилось газообразное вещество, которое диффундировало через поры аэрогеля, где оно преобразовалось в желаемый водород на поверхности TiO2 и наночастицах палладия. Хотя ученые завершили эксперимент через пять дней, реакция оставалась стабильной на протяжении всего теста.

Этот процесс, вероятно, был бы стабильным и дольше», — сказал Нидербергер в сообщении блога ETH Zurich. В частности, что касается промышленного применения, важно, чтобы он оставался стабильным как можно дольше. Наиболее важно то, что добавление палладия существенно повысило эффективность реакции сохранения. Другими словами, сочетание аэрогелей с палладием может генерировать до 70 раз больше водорода, чем другие альтернативные средства. Это могло бы стать началом нового, более совершенного метода производства водорода в промышленных масштабах, не только как способ избавить автомобили и воздушные перевозки от ископаемого топлива, но и для более крупных электрических сетей.

Изображение: Маркус Нидербергер / ETH Zurich

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК