Разработан эффективный способ расщепления молекул воды на свету


Над созданием эффективной системы искусственного фотосинтеза, вырабатывающей жидкое топливо из диоксида углерода и воды, уже несколько десятилетий работает множество научных групп из разных стран. Очередного достижения в этой области добились сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли: исследованные ими нанокристаллы оксида кобальта (Co3O4) показали себя высокоэффективными катализаторами основополагающей для процесса фотосинтеза реакции расщепления молекул воды.

Интересно

Знаете ли вы, что ...

Как утверждают астрономы, примерно один процент всей межзвездной матери составляет пыль, являющаяся одним из основных компонентов так называемых диффузионных туманностей. На основании множества наблюдений установлено, что ее «родителями» являются гигантские красные звезды, которые близки к своему угасанию. Именно в их верхних слоях и образуется пыль, конденсируясь из различных газов

Смотрите также

  • Представлены новые доказате ... На проходящем в эти дни в Солт-Лейк-Сити съезде Американского хи ...   подробно
  • Созданы безопасные наночаст ... Мельчайшие люминесцентные наночастицы могут рассказать о точном ...   подробно
  • Нано-капсулы имитируют биол ... Вооружившись простым оптическим микроскопом легко заметить, что ...   подробно
  • Ученые нашли экологичный сп ... Ученые придумали новый способ сжигания метана, который, теоретич ...   подробно

Новинки

другие новинки
PODClubИнновации → Разработан эффективный способ расщепления молекул воды на свету

«Для эффективного фотоокисления (разложение воды на кислород, электроны и протоны) требуется катализатор, в полной мере использующий энергию всех падающих фотонов, — поясняет химик Хайнц Фрай, один из двух авторов исследования. — Нанокристаллы Co3O4 довольно «быстры» и эффективны, устойчивы к внешним воздействиям и широкодоступны. Они отвечают всем требованиям».

Напомним, что в естественных условиях фотоокисление воды производится при участии комплекса протеинов, получившего название «фотосистема II», в который входят энзимы, содержащие марганец (они и служат катализаторами). В процессе поиска неорганических заменителей этих веществ американские ученые провели несколько экспериментов с частицами оксида кобальта микрометровых размеров, получив более чем скромные результаты; лишь с переходом к наноразмерам материал раскрыл свой потенциал катализатора. «По эффективности кластеры наночастиц Co3O4 превзошли своих более крупных оппонентов практически в 1 600 раз, — рассказывает г-н Фрай. — А интенсивность протекания реакции составила около 1, 14 молекул кислорода в секунду в пересчете на один кластер».

Для получения перспективного материала исследователи использовали диоксид кремния, имеющий поры диаметром от 2 до 50 нм: внутри этих каналов и выращивались будущие кристаллы. Наилучшим образом себя проявили образования в форме стержней диаметром 8 нм и длиной 50 нм, соединенные «перемычками» и сгруппированные в шарообразные кластеры диаметром 35 нм. По словам Хайнца Фрая, основное влияние на эффективность и скорость работы всей системы оказывает размер упомянутых кластеров. «Судя по всему, решающую роль играет размер внутреннего пространства кластеров, ведь именно здесь протекает процесс катализа, — высказывает предположение ученый. — Когда мы сформировали образование чуть большего диаметра (65 нм), относительный объем внутреннего пространства уменьшился, а вместе с ним снизилась и эффективность».

В будущем исследователи планируют продолжить изучение созданных кластеров. Когда секрет их эффективности будет раскрыт, наступит черед экспериментов с другими оксидами металлов.

Ниже представлено видео, демонстрирующее процесс расщепления воды. В колбе находится водный раствор частиц кварца, в которые введены нанокристаллы оксида кобальта; в растворе также содержится вещество-сенсибилизатор, позволяющее реакции протекать под действием видимого излучения. При включении лазера цвет жидкости изменяется на синий (сенсибилизатор поглощает излучение). Вскоре после этого начинают появляться пузырьки кислорода, который высвобождается при расщеплении воды.

Подготовлено по материалам (источник): computerra.ru