Az OSU munkatársaként dolgozó Kyriakos Stylianou által vezetett projekt potenciális eszközt szolgáltathat az üvegházhatású gázok kibocsátása és az éghajlatváltozás elleni küzdelemben – írja az Interesting Engineering. Stylianou kutatásainak középpontjában a fémorganikus térhálóknak nevezett kristályos, porózus anyagok állnak.
Ebben a tanulmányban a kutatók egy fémorganikus térhálót használtak fel egy fém-oxid heteroátmenet – két, egymást kiegészítő tulajdonságokkal rendelkező anyag kombinációja – előállításához, hogy olyan katalizátort hozzanak létre, amely napfény hatására gyorsan és hatékonyan választja ki a vízből a hidrogént.
Az általuk RTTA-nak nevezett heteroátmenetben a fémorganikus térhálóból származó ruténium-oxid és kénnel és nitrogénnel adalékolt titán-oxid található. Az Oregoni Állami Egyetem szerint több RTTA-t teszteltek különböző mennyiségű oxidokkal, és egyértelmű győztest találtak.
„A különböző RTTA-anyagok közül a legalacsonyabb ruthénium-oxid-tartalmú RTTA-1 mutatta a leggyorsabb hidrogéntermelés sebességét és magas kvantumhozamát” – mondta Stylianou.
Mi az a heteroátmenet?
A félvezetők fizikájában heteroátmenetnek nevezik azt az anyagi tartományt, mely két összeérintett, különböző sávszerkezeti jellemzőkkel bíró félvezető anyag határfelületén alakul ki.
Új anyagot fejlesztettek ki a tudósok, amely a napfényt és a vizet tiszta energiává alakítja. (Fotó: Canva)
Egy óra alatt egy gramm RTTA-1 több mint 10 700 mikromol hidrogént volt képes előállítani. Ez a folyamat a fotonokat lenyűgöző, 10%-os arányban használta fel, ami azt jelenti, hogy minden 100 fotonból, amely az RTTA-1-et érte, 10 járult hozzá a hidrogén előállításához – olvasható a tanulmányban.
„Az RTTA-1 figyelemre méltó aktivitása a fém-oxidok tulajdonságainak és az anyamorfológiából származó, az elektronátvitelt fokozó felületi tulajdonságok szinergikus hatásának köszönhető. A tanulmány rávilágít a MOF-ból származó fém-oxid heterokapcsolatokban mint a gyakorlati hidrogéntermelés fotokatalizátoraiban rejlő lehetőségekre, hozzájárulva ezzel a fenntartható és hatékony energetikai megoldások fejlesztéséhez.” – mondta Stylianou.
A víz katalitikus bontásával végzett hidrogéntermelésről úgy vélik, hogy tisztább, mint a hagyományos módszer, a metán-gőz reformálás, amely során a hidrogént a földgázból, szén-dioxidot termelve nyerik ki.
Jelenleg a vízből történő hidrogéntermeléshez elektrokatalízisre van szükség, vagyis arra, hogy a katalizátoron keresztül áramot vezessenek át.
Az elektrokatalízis fenntarthatósága a megújuló energia felhasználásától függ, és ahhoz, hogy versenyképes legyen a piacon, az energiának olcsónak kell lennie – olvasható a tanulmányban.
„A víz bőséges hidrogénforrás, a fotokatalízis pedig módszert kínál a Föld bőséges napenergiájának hidrogéntermelésre való hasznosítására. A ruténium-oxid nem olcsó, de a mi fotokatalizátorunkban felhasznált mennyiség minimális. Ipari alkalmazások esetén, ha egy katalizátor jó stabilitást és reprodukálhatóságot mutat, akkor ennek a kis mennyiségű ruthénium-oxidnak a költsége kevésbé lesz fontos” – mondta Stylianou.
Jelenleg a metán-gőz reformálással előállított hidrogén ára kilogrammonként körülbelül 1,50 dollár, míg a zöld hidrogéné kb. 5 dollár kilogrammonként.
A fotokatalitikus hidrogéntermelés alternatív utat kínál a fenntartható energiagazdaság megteremtéséhez. Míg számos fotoaktív anyagban rejlik potenciál a vízből történő hidrogéntermelésre, a két különböző, egymást kiegészítő tulajdonságokkal rendelkező anyag heterokapcsolatok formájában történő kombinálásával elérhető szinergia jelentősen fokozhatja a fotokatalitikus aktivitást.
S.Rita
