Čína dosáhla nového průlomu ve výzkumu přeměny vody na palivo.

Popisek fotografie

Vědci zkoumají 7. dubna vzorek modifikovaného polovodičového fotokatalytického materiálu na bázi oxidu titaničitého (TiO₂) v Centru pro výzkum materiálů v Šen-jangu – Ústavu pro výzkum kovů Čínské akademie věd. Foto: Tisková agentura Xinhua

Před patnácti sty lety předpověděl spisovatel sci-fi Jules Verne, že voda se stane konečným palivem budoucnosti. Dnes vědci pracují na tom, aby se tato předpověď stala skutečností.

Liu Gang, ředitel Ústavu pro výzkum kovů Čínské akademie věd a vedoucí výzkumného týmu, uvedl, že čínská vědeckovýzkumná skupina nedávno dosáhla průlomu v oblasti „fotokatalytického štěpení vody za účelem výroby vodíku“.

Prostřednictvím „restrukturalizace“ a „náhrady prvků“ ve fotokatalytickém polovodičovém materiálu oxidu titaničitého (TiO₂) tým výrazně zlepšil účinnost generování vodíku přímo ze slunečního záření.

Relevantní výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Journal of the American Chemical Society 8. dubna.

V současné době existují dva hlavní způsoby výroby vodíku ze sluneční energie.

Jednou z metod je použití solárních panelů k výrobě elektřiny a následná elektrolýza vody – ačkoli je toto zařízení vysoce účinné, je složité a drahé.

Druhou metodou je přímá fotolýza s využitím slunečního světla – použití polovodičových materiálů, jako je oxid titaničitý, k „štěpení vody“ pod slunečním zářením.

Liu Gangův tým zaměřil svůj výzkum na druhou metodu.

Podle vysvětlení čelí tradiční metoda použití oxidu titaničitého k štěpení vody zásadní překážce: když na oxid titaničitý dopadne světlo, uvnitř se generují nabité částice (elektrony a díry), které jsou „nástroji“ pro štěpení vody. Tyto elektrony a díry jsou však nestabilní.

Liu Gang vysvětlil: „Elektrony a díry jsou jako závodní auta, která zbloudila a náhodně havarovala v bludišti materiálních struktur; většina z nich se rekombinuje a zmizí během miliontiny sekundy. Navíc vysokoteplotní výroba často způsobuje, že atomy kyslíku „opouštějí své domovy“, vytvářejí kyslíková místa a zachycují elektrony, což vše snižuje účinnost fotokatalytické reakce.“

Aby se tento problém vyřešil, výzkumný tým kreativně zavedl do periodické tabulky „sousední“ prvek titanu – skandium (Sc) – za účelem vylepšení oxidu titaničitého. Výsledky ukázaly, že skandium má tři hlavní výhody:

Za prvé, iontový poloměr Sc je srovnatelný s poloměrem Ti, takže jej lze začlenit do krystalové mřížky bez deformace struktury.

Za druhé, stabilní valenční stav Sc pomáhá neutralizovat nerovnováhu náboje způsobenou kyslíkovou mezerou.

Za třetí, ionty Sc mohou restrukturalizovat povrch krystalu a vytvářet speciální povrchovou strukturu, podobně jako budování „dálnic a křižovatek pro elektrony a elektronové díry“, což jim pomáhá snáze uniknout z labyrintu.

Díky sofistikovaným úpravám se týmu podařilo vyrobit oxid titaničitý s vynikajícím výkonem: jeho absorpční kapacita ultrafialového záření překročila 30 % a účinnost produkce vodíku za simulovaného slunečního záření se ve srovnání s podobnými materiály zvýšila 15krát, čímž se v tomto materiálovém systému stanovil nový rekord.

Pan Liu Gang uvedl: „Pokud se tento materiál použije k výrobě fotokatalytického panelu o velikosti 1 metru čtverečního, může na slunečním světle vyprodukovat asi 10 litrů vodíku denně.“

Výzkumníci dodali, že oxid titaničitý je v průmyslu široce používaný anorganický materiál, přičemž Čína se na jeho celosvětové produkci podílí přes 50 % a tvoří tak kompletní průmyslový řetězec. Čína má zároveň také největší světové zásoby skandia, prvku vzácných zemin. To vytváří potenciální průmyslovou výhodu pro vývoj a aplikaci fotokatalytických materiálů v budoucnu.

Vzhledem k tomu, že se účinnost fotovoltaického štěpení vody neustále zlepšuje, má tato technologie potenciál pro uplatnění v průmyslové výrobě a pohání transformaci globální energetické struktury.

Zdroj: https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/trung-quoc-dat-dot-pha-moi-trong-tien-trinh-nghien-cuu-bien-nuoc-thanh-nhien-lieu-20250409112539937.htm

Komentář (0)