Новая система искусственного фотосинтеза становится стабильнее со временем
Системы искусственного фотосинтеза способны расщеплять воду на водород и кислород, используя для этого энергию солнечного света. На сегодня исследователи создали множество различных типов таких систем. Несмотря на это, большая их часть непригодна для коммерческого использования из-за проблем, связанных со стабильностью и низкой эффективностью.
Ранее ученые создали такую фотокаталитическую систему из кремния и нитрида галлия. Теперь исследователи обнаружили у нее удивительное свойство: со временем эффективность установки на основе этих материалов не падает, а наоборот — увеличивается. Кремний и нитрид галлия сегодня довольно доступны из-за того, что используются для изготовления светодиодов и солнечных элементов, поэтому установки искусственного фотосинтеза на их основе были бы достаточно дешевы и коммерчески доступны.
Исследователи снимали материал при помощи атомно-силовой микроскопии, чтобы посмотреть, как фотокатоды GaN преобразуют поглощенные фотоны в электроны, а затем используют эти свободные электроны для расщепления воды на водород и кислород. Ученые ожидали увидеть резкое снижение эффективности поглощения фотонов и стабильности материала через несколько часов. Но к своему удивлению, они наблюдали улучшение фототока на 2-3 порядка. Самый весомый вклад в этот процесс, как оказалось, вносят грани зерен внутри структуры материала.
Используя просвечивающую электронную микроскопию, ученые установили, что на поверхности зерен в процессе работы системы образуются дополнительные каталитические центры, которые и ускоряют реакцию расщепления воды. Теперь авторы разработки планируют провести опыты с другими материалами, чтобы увеличить эффективность устройства.
Работа опубликована в журнале Nature Materials.
В процессе работы все предыдущие устройства искусственного фотосинтеза теряли в эффективности. Но новая разработка, наоборот, расщепляет воду со временем все лучше. Как такое возможно?