Vodíkové palivo? Tenké filmy z oxidov niklu a železa sú sľubným solárnym katalyzátorom štiepenia vody
23.3.2013 19:06:17 | Ján Klučársciencedaily.com | Počet zobrazení: 4042x
Chemici z Oregonskej univerzity vyhlásili, že ultratenké filmy z oxidov niklu a železa vyrobené prostredníctvom procesu syntézy roztoku sú sľubným katalyzátorom, ktorý sa dá skombinovať s polovodičmi v prístrojoch, ktoré zachytávajú slnečné svetlo a štiepia vodu na plynný vodík a kyslík. Nová štúdia ukázala, že zmiešaný oxid niklu a železa s atomárnou štruktúrou podobnou prirodzene sa vyskytujúcim minerálom zaistil najsilnejšiu známu katalytickú aktivitu pre formovanie kyslíku z vody. Porovnávaných bolo osem materiálov založených na oxidoch, ktoré boli výsledkom rôznych výskumných snáh v tejto oblasti.
Druhá štúdia sa zamerala na detaily efektivity tohto tenkého filmu pri skombinovaní s polovodičovými absorbentmi svetla. Aj v tejto štúdii sa film z oxidu niklu a železa ukázal byť najefektívnejší. Testovaný film mal hrúbku len 0,4 nanometra. Shannon Boettcher z Oregonskej univerzity povedal, že pri získavaní protónov z molekuly vody na vytvorenie plynného vodíku ako paliva, netreba zabúdať na zvyšné atómy kyslíku a spraviť z nich plynný kyslík. Zistilo sa, že najpomalšou, najťažšou a najviac energeticky náročnou časťou celého procesu štiepenia vody je práve získavanie kyslíku. Preto hľadali katalyzátory, ktoré znižujú energiu potrebnú pre tvorbu kyslíku, ale zároveň nie sú z drahých vzácnych kovov.
Kombinácia oxidov niklu a železa má vyššiu katalytickú aktivitu než katalyzátory zo vzácnych kovov, o ktorých sa doteraz hovorilo ako o najefektívnejšej možnosti. Boettcher zistil, že keď sa použijú filmy z oxidu niklu, ktoré sú kryštalickým materiálom so štruktúrou podobnou kamennej soli, absorbujú nečistoty železa a spontánne sa počas katalyzačného procesu premenia na materiál s vrstevnatou štruktúrou.
Vedúca oboch štúdií, Lena Trotochaud, skúmala možnosti kombinovania týchto filmov s polovodičmi. Povedala, že polovodiče absorbujú svetlo, pričom sa vytvoria páry elektrón-diera, tie sa presunú na materiál katalyzátora a naštartujú reakciu štiepiacu vodu. Vedci využili počítačový model na zistenie ako minimalizovať množstvo slnečného svetla absorbovaného katalyzátorom, ktoré sa následne nedostane na polovodič a ako zároveň urýchliť reakciu s vodou na vytvorenie plynného kyslíku. Tento výskum bol zatiaľ realizovaný iba v laboratórnych podmienkach, no nemalo by trvať dlho, kým bude vytvorený prototyp zariadenia z týchto materiálov. Trotochaud dodala, že teraz skúmajú, čo spôsobuje, že práve tieto materiály sú pri štiepení vody tak efektívne. Pri tom sa zameriavajú na chemickú stránku procesu.