К настоящему времени пока еще не имеется надежной технологии, позволяющей осуществлять конверсию солнечного излучения, практически бесконечного источника возобновляемой энергии, в энергию химическую (например, для производства топлив), которую можно было бы транспортировать. Разработка такой технологии позволила бы значительно уменьшить зависимость современной цивилизации от традиционной энергетики, основанной либо на сжигании ископаемого топлива, либо на расщеплении атомных ядер.
Изображение катализатора Sn3O4, полученное с помощью электронного микроскопа. Синтезированный материал представляет собой набор микроскопических хлопьевидных кристаллов. (Рисунок из ACS Applied Materials & Interfaces, 2014; 6 (6): 3790)
В настоящее время существует ряд катализаторов фоторасщепления воды, например диоксид титана, которые могут разлагать воду и позволяют получать из нее водородное топливо при облучении ультрафиолетом. Однако неспособность этих катализаторов поглощать видимый свет, который, по оценкам, составляет более половины от общей энергии, которую Солнце посылает на Землю, ограничивает практическое применение таких катализаторов для переработки солнечной энергии. Разработкой систем фоторасщепления воды, способных работать и в видимой области, в настоящее время занимаются во многих научных центрах мира. Существует ряд препятствий на пути к внедрению уже разработанных систем фотоактивации, поскольку большинство из таких катализаторов с высоким КПД либо построены с участием дорогих редкоземельных металлов, как например лантан, либо содержат в структуре атомы свинца, отличающегося высокой токсичностью.
Исследователи из группы Хидеки Абе (Hideki Abe) и Наото Умезавы (Naoto Umezawa) разработали новый фотокатализатор, используя комбинацию теоретических и экспериментальных подходов. Исследователи начали работу с поиска оксидов, содержащих ионы двухвалентного олова, руководствуясь теоретическими предсказаниями, утверждавшими, что такого рода соединения могут обладать электронной структурой, необходимой для протекания фотокаталитического расщепления воды под действием видимого света. В результате они обнаружили смешанный оксид олова Sn3O4, в состав которого входят ионы двухвалентного и четырехвалентного олова. В ходе экспериментов было продемонстрировано, что это соединение обеспечивает расщепление воды с выделением водорода при облучении видимым светом, который не активирует диоксид титана.
Оксиды олова обладают относительно низкой токсичностью, они распространены и отличаются невысокой стоимостью, что обуславливает их применение в качестве прозрачных электропроводных материалов. Открытие того, что Sn3O4 проявляет каталитические свойства, может оказать существенное влияние на производство водородного топлива и на разработку надежных систем конверсии солнечной энергии.
Источник: ACS Applied Materials & Interfaces, 2014; 6 (6): 3790 DOI: 10.1021/am500157u
