JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из воды — важная технология для устойчивого производства водорода. Но как микроскопическая структура молекул воды влияет на этот процесс, пока не изучено.

В этом исследовании выяснили, как структура и динамика водородных связей, а также оптимальная водная среда влияют на выделение H2. Результаты исследования помогут создать условия межфазной воды, которые повысят эффективность фотокатализа.

Производство водорода путём расщепления воды — это устойчивое решение для получения энергии нового поколения. Процесс происходит при комнатной температуре за счёт использования световой энергии.

Однако разработка фотокатализаторов пока сложна, так как учёные не до конца понимают свойства межфазных молекул воды и их сетей водородных связей. Понимание этих свойств критически важно для оптимизации производства водорода.

Исследователи под руководством Тошики Сугимото изучили влияние межфазных сетей H-связей на фотокатализаторы TiO2 и выяснили, как они влияют на выделение H2.

Учёные контролировали толщину адсорбированной воды, точно регулируя давление водяного пара. Это позволило им с помощью масс-спектрометрии и инфракрасной абсорбционной спектроскопии в режиме реального времени показать связь между скоростью образования H2 и структурой H-связей.

При любой кристаллической структуре фотокатализатора TiO2 (брукит, анатаз или смесь анатаза и рутила) скорость образования H2 увеличивалась линейно при адсорбции воды до трёх слоёв. Это говорит о том, что реакционноспособные молекулы воды есть не только в первом слое, но и в нескольких вышележащих.

Когда поверхность TiO2 покрывали более чем тремя слоями воды, скорость образования водорода резко снижалась. В этом случае инфракрасные спектры показывали два типа адсорбированной воды: межфазную воду и воду, похожую на жидкость. Из-за многотеловых взаимодействий между молекулами воды в слоях, превышающих три, жидкоподобная вода усиливала межфазные связи. Это препятствовало переносу протонов и дырок и снижало скорость образования H2.

Исследование показало, что осаждение трёх слоёв воды в среде водяного пара оптимально для выделения водорода методом фотокатализа.

Фотокатализ активно исследуется более полувека, обычно в водных растворах. Это исследование предлагает новый подход, показывая эффективность среды водяного пара по сравнению с традиционными системами. Результаты открывают новые возможности для разработки инновационных систем производства возобновляемой энергии следующего поколения.

19.07.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов

Ядерный синтез может стать идеальным решением ...

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
На старт! Внимание! MITEX!
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии
Пять полезных функций смартфона, про которые редко вспоминают