Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с их коллегами из двух чешских университетов разработали новый двумерный материал, который позволяет получать водород из пресной, соленой и загрязненной воды. Возможность использования неочищенной и соленой воды очень важна, поскольку основой объем воды на Земле приходится именно на соленую воду.

Водород считается одним из перспективных альтернативных источников энергии. Однако пока его широкому использованию препятствует ряд нерешенных вопросов. В частности, не найдены способы быстрого получения водорода в больших количествах с минимальной нагрузкой на окружающую среду. Один из основных вариантов, рассматриваемых учеными, это разложение воды под действием света.

Разработанный в ТПУ материал имеет трехслойную конструкцию суммарной толщиной около 1 мкм. Нижний слой — тонкая пленка золота, средний слой — пленка платины толщиной менее 10 нм, в третий — пленка металлорганических каркасов из соединений хрома и органических молекул.

Когда пленка покрыта водой и подвергается действию инфракрасного света, на ее поверхности наблюдается возбуждение плазмонного резонанса. При этом «горячие» электроны, генерируемые на золотой пленке, переносятся в слой платины и инициируют восстановление протонов на границе с органическим слоем. В случае достижения электронами каталитических центров металлорганических каркасов последние приводят к восстановлению протонов и генерации водорода. При этом металлоорганический каркас одновременно играет роль фильтра, отсеивающего загрязнения и пропускающего к слою металлов очищенную воду. В ходе экспериментов выяснилось, что участок материала площадью 100 см2 способен вырабатывать водород со скоростью 0,5 л/ч. По словам участников проекта, это один из самых высоких показателей, зафиксированных для двумерных материалов.

В видимом спектре эффективность работы материала пока ниже, чем в инфракрасной зоне. Уточним, что на инфракрасный спектр приходится 43% солнечного света. Ученые планируют доработать материал, чтобы он одинаково эффективно работал как в инфракрасном диапазоне, так и в видимом. В результате они рассчитывают задействовать 93% спектра солнечного света.