Российскими физиками исследован новый катализатор для расщепления воды на кислород и водород. Материал представляет собой однослойный кристаллический полупроводник на основе молибдена, серы, селена и теллура. Компьютерное моделирование показало, что добавление катализатора в воду и воздействие на него солнечного света позволяет достичь выхода водорода до 67%. Статья об этом исследовании была опубликована в Международном журнале водородной энергетики.
Водород является желательным топливом для «зеленой» энергетики, поскольку при его сгорании (или химическом преобразовании в электричество) образуется вода, которая не загрязняет атмосферу. Поэтому ученые ищут подходящие и экологически безопасные способы получения этого газа без использования природного газа. Этого можно достичь путем расщепления воды с помощью электричества или солнечного света, что является более энергоэффективным. В двадцатом веке ученые экспериментировали с катализаторами из диоксида титана и дихалькогенидов переходных металлов, но наиболее эффективными оказались монослои наноструктур Януса. Их название происходит от того, что нижний и верхний ряды атомов состоят из разных элементов, напоминая римского бога Януса.
Специалисты Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля Российской академии наук исследовали новый катализатор, использующий свойства янусовых структур для получения водорода из воды. Исследователи использовали соединения на основе серы, молибдена, селена и теллура для компьютерного моделирования фотокаталитических реакций в присутствии монослоя кристаллических полупроводников с янус-структурой. Материал на основе соединения SMoTe (где S — сера, Mo — молибден, а Te — теллур) стал наиболее перспективным кандидатом для производства водорода из солнечной энергии. Прогнозируемая эффективность преобразования солнечной энергии в водород составила 54% для нейтральной и 67,1% для кислой среды, что значительно выше общепринятого порога в 18% для коммерческого применения.
Результаты этой теоретической работы могут быть использованы для создания реального материала. Ученые выразили уверенность в том, что такие наноструктуры позволят создать устойчивый источник водорода для «зеленой» энергетики.
