Ученые из Университета штата Орегон разработали новый класс материалов, способных производить водород из воды под действием света. Это открытие, описанное в Journal of the American Chemical Society, может удешевить и сделать экологичнее производство «зеленого» топлива.
Разработанный материал относится к классу фотокатализаторов – веществ, которые ускоряют химические реакции под действием света. Команда под руководством Кириакоса Стилиану создала особый тип металл-органического каркаса (MOF) под названием BVR-19. Это кристаллические пористые структуры, свойства которых можно точно настраивать.
Главная особенность BVR-19 – его механизм работы. В отличие от многих аналогов, где активными центрами выступают атомы металла, здесь основную работу выполняет органическая часть структуры. Она содержит особую химическую связь «сера–сера», которая под действием света временно разрывается. Высвобождаемая при этом энергия запускает реакцию расщепления воды с выделением водорода.
Такая схема работы избавляет от необходимости применять дорогостоящие металлические сокатализаторы, что упрощает конструкцию систем для производства водорода. Кроме того, сам материал самопроизвольно образуется в водном растворе при комнатной температуре, что снижает энергозатраты на его синтез.
Новая технология может стать альтернативой существующим методам получения водорода. Наиболее распространенный промышленный способ – паровая конверсия метана – сопровождается выбросами углекислого газа. Другой метод, электролиз воды, экологичен только при условии использования возобновляемой электроэнергии, что делает конечный продукт дорогим. Сейчас килограмм «зеленого» водорода стоит около $5, тогда как полученный из природного газа – примерно $1,5.
Авторы статьи считают, что их работа задает новые принципы проектирования таких материалов. Поняв, как органическая структура управляет реакцией, ученые смогут создавать новые фотокатализаторы, которые еще больше удешевят производство водорода с помощью солнечной энергии.
