Нанокристаллы продуцируют водород под действием солнечного света

Природный фотосинтез позволяет растениям собирать солнечный свет и конвертировать его в энергию — электрическую и химическую. Большинство искусственных фотосинтетических систем стараются имитировать этот естественный процесс, используя для запуска расщепления воды на водород и кислород абсорбирующие свет органические красители, называемые хромофорами. К сожалению, основной проблемой таких систем является слишком короткое время жизни, поскольку солнечные лучи разрушают абсорбирующие их красители всего за нескольких часов.

CdSe (в центре) под действием света передаёт электроны (жёлтая точка) на никелевый катализатор (большая голубая сфера), который сразу же использует их для генерирования молекул водорода (серые диатомные молекулы). (Илл. Ted Pawlicki / Un. of Rochester.)

Тодд Крауз (Todd Krauss) и Патрик Холланд (Patrick Holland) с коллегами из Университета Рочестера (Великобритания) разработали новую водород-генерирующую систему, состоящую из квантовых точек селенида кадмия (CdSe), никелевого катализатора и аскорбиновой кислоты. Она способна работать на протяжении нескольких недель (а не часов, как в других случаях) и показывает эффективность в водном растворе в 36% (эффективность конвертации солнечной энергии в водород). При использовании водно-спиртовой среды показатель может быть повышен до 66%, что рекордно для жидкостных систем. Единственный недостаток процесса — постоянный расход витамина С, играющего роль донора электронов.

CdSe-квантовые точки абсорбируют два фотона и таким образом передают два электрона на никелевый катализатор, который использует их для восстановления двух протонов из воды с образованием водорода (ни селенид кадмия, ни никелевый катализатор не разлагаются под действием солнечного света). Учёные так и не смогли найти удовлетворительного ответа на вопрос, почему именно никелевый катализатор наиболее эффективен в данном варианте искусственного фотосинтеза, а не традиционная платина.

В заключение заметим, что подобный чистый источник водорода может пригодиться не только в энергетике, но и в химической промышленности, к примеру, в процессе Габера (производство аммиака).