Изследователи от Института по технология и инженерство на материалите в Нинбо (NIMTE) към Китайската академия на науките (CAS) са разработили нов материал с ковалентна органична структура (COF), свързан с кумарина – той потенциално ще проправи пътя за по-бързо отделяне на водород от водата, като се използва слънчевата светлина като източник.
Докато светът търси начини да се откаже от изкопаемите горива, възобновяемите енергийни източници като вятърната и слънчевата енергия придобиха все по-голямо значение. Бяха изградени мащабни съоръжения за производство на електроенергия, които да доставят енергия без въглеродни емисии към електроенергийната мрежа. Въпреки това електроенергията, произведена от тези източници не може напълно да замести изкопаемите горива в области, където се изисква висока енергийна плътност.
При тези обстоятелства водородът се представя по-добре от възобновяемата енергия, тъй като може да функционира като горивата с високо съдържание на въглерод, като в същото време произвежда само вода като страничен продукт и освобождава големи количества енергия. Недостатъкът обаче е, че производството на водород може да бъде свързано с високи въглеродни емисии, което подтиква изследователите да търсят по-добри подходи. Един такъв подход е използването на слънчева светлина за разлагане на водните молекули на водород и кислород, което технически се нарича фотокаталитично разлагане на вода.
Използване на COF фотокатализатори
За да протичат фотокаталитични реакции, учените обикновено използват фотоорганичен катализатор – съединение на въглеродна основа, което улеснява абсорбцията на видима или ултравиолетова светлина, превежда електроните в възбудено състояние и спомага за производството на водород, което потенциално може да реши енергийната криза, пред която е изправен светът.
Въпреки това, електроните и дупките, генерирани по време на процеса бързо се рекомбинират, което оказва влияние върху общата ефективност на реакцията. Затова учените сега са се обърнали към ковалентните органични структури (COF), които представляват порести полимери, изработени от органични молекули, свързани чрез силни ковалентни връзки, и които са изключително адаптивни.
В конвенционалните COF гъвкавите връзки могат да претърпят въртене извън равнината, което засилва разсейването на енергия. Това е и една от причините за намалената ефективност на каталитичния процес. Затова изследователите от NIMTE обединиха усилия с колеги от Техническия институт по физика и химия към Китайската академия на науките (CAS) и въведоха твърда и равнинна кумаринова връзка в напълно конюгиран COF.
1000 пъти по-дълго съхранение на заряда
В сравнение с конвенционалните иминови и винилови връзки, кумариновата връзка показа по-висока твърдост и потискаше структурните колебания. Връзката също така насърчаваше делокализацията на p-електроните, което улеснява транспорта на носители на заряд на дълги разстояния и стеснява енергийните празнини.
Изследователите наблюдаваха, че COF с кумаринова връзка се отличава с подобрено разделяне на заряда, като състоянието на разделен заряд продължава 1000 пъти по-дълго в сравнение с аналога с иминова връзка.
Когато като ко-катализатор бяха използвани Pt-наночастици, фотогенерираните електрони от COF се прехвърляха към Pt за приблизително 407 пикосекунди, което спомагаше за производството на водород. При облъчване с 440 нанометра скоростта на отделяне на водород от COF с кумаринова връзка беше 531 mmol g-1 h-1, с квантов добив от 37,95% при 405 нанометра. При видима светлина над 420 нанометра, постигнатата скорост на отделяне на водород беше 166 mmol g-1 h-1, което показва потенциала за производство на водород, задвижвано от слънчева енергия.
„Това изследване предлага лесна и ефективна стратегия за регулиране на динамиката на заряда в COF чрез инженерство на връзките. То хвърля светлина върху проектирането и приложението на високопроизводителни органични фотокатализатори за производство на водород чрез слънчева енергия.“
обясни в прессъобщение професорът от NIMTE Джан Тао
Всичко важно от света на технологиите, директно в пощата ти.
С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.
Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Google Новини, TikTok, Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iPhone, Huawei, Google Chrome, Microsoft Edge и Opera!
