Райс университетінің инженерлері белгілеген жасыл сутегі технологиясының жаңа стандарты.
Райс университетінің инженерлері бұрыла алады күн сәулесі сутегіге айналады жаңа буынды біріктіретін құрылғының арқасында рекордтық өнімділікпен галогенді перовскит жартылай өткізгіштер* бірге электрокатализаторлар бір, берік, үнемді және масштабталатын құрылғыда.
Сәйкес зерттеу Nature Communications журналында жарияланған құрылғы күн сәулесін сутегіге айналдырудың 20.8% тиімділігіне қол жеткізді.
Жаңа технология таза энергия үшін алға жасалған маңызды қадам болып табылады және түрлендіру үшін күннен жиналған электр энергиясын пайдаланатын химиялық реакциялардың кең ауқымы үшін платформа бола алады. шикізаттар отынға айналады.
Химиялық және биомолекулалық инженер зертханасы Адитья Мохит жартылай өткізгішті судан электрондардың өтуіне кедергі келтірмей оқшаулайтын коррозияға қарсы тосқауыл арқылы біріктірілген фотореакторды салды.
«Химиялық заттарды өндіру үшін күн сәулесін энергия көзі ретінде пайдалану - таза энергия экономикасының ең үлкен кедергілерінің бірі», - деді Остин Фехр, химия және биомолекулалық инженерия докторанты және зерттеудің жетекші авторларының бірі.
«Біздің мақсатымыз – күн көзінен алынатын отынды шығара алатын экономикалық тұрғыдан тиімді платформалар салу. Мұнда біз жарықты жұтып, электрохимиялық әсер ететін жүйені құрастырдық суды бөлетін химия оның бетінде».
Құрылғы фотоэлектрохимиялық элемент деп аталады, өйткені жарықтың жұтылуы, оның электрге айналуы және химиялық реакцияны қуаттандыру үшін электр энергиясын пайдаланудың барлығы бір құрылғыда жүреді. Осы уақытқа дейін жасыл сутегін алу үшін фотоэлектрохимиялық технологияны қолдану төмен тиімділікпен және жартылай өткізгіштердің жоғары құнымен қиындады.
«Бұл типтегі барлық құрылғылар тек күн сәулесі мен суды пайдаланып жасыл сутегін шығарады, бірақ біздікі ерекше, өйткені ол рекордтық тиімділікке ие және ол өте арзан жартылай өткізгішті пайдаланады», - деді Фер.
The Мохит зертханасы және оның серіктестері құрылғыны айналдыру арқылы жасады бәсекеге қабілетті күн батареясы суды оттегі мен сутегіге бөлу үшін жиналған энергияны пайдалана алатын реакторға айналдырады.
Олардың еңсеруіне тура келген қиындық галогенді перовскиттердің* суда өте тұрақсыз болуы және жартылай өткізгіштерді оқшаулау үшін қолданылатын жабындардың олардың жұмысын бұзып немесе зақымдауы болды.
«Соңғы екі жылда біз әртүрлі материалдар мен әдістерді сынап көрдік», - деді Майкл Вонг, Райс химия инженері және зерттеудің бірлескен авторы.
Ұзақ сынақтар қажетті нәтиже бермегеннен кейін, зерттеушілер ақыры жеңіске жеткен шешімге тап болды.
«Біздің негізгі түсінігіміз сізге тосқауылдың екі қабаты қажет болды, біреуі суды бөгеу үшін және екіншісі перовскит қабаттары мен қорғаныс қабаты арасында жақсы электрлік байланыс жасау үшін», - деді Фер.
«Біздің нәтижелеріміз күн концентрациясы жоқ фотоэлектрохимиялық жасушалар үшін ең жоғары тиімділік және галогенді перовскит жартылай өткізгіштерін пайдаланатындар үшін ең жақсы нәтиже болып табылады.
«Бұл тарихта өте қымбат жартылай өткізгіштер басым болған өріс үшін бірінші және бұл құрылғының осы түрі үшін алғаш рет коммерциялық мақсатқа жету жолын көрсетуі мүмкін», - деді Фер.
Зерттеушілер олардың тосқауыл дизайны әртүрлі реакциялар үшін және әртүрлі жартылай өткізгіштермен жұмыс істейтінін көрсетті, бұл оны көптеген жүйелерде қолдануға мүмкіндік береді.
«Мұндай жүйелер энергия көзі ретінде тек күн сәулесі бар мол шикізатты пайдалана отырып, отын түзетін реакцияларға электрондардың кең ауқымын жүргізу үшін платформа болады деп үміттенеміз», - деді Мохит.
«Тұрақтылық пен ауқымды одан әрі жақсарту арқылы бұл технология сутегі экономикасын ашып, адамдардың қазба отынынан күн отынына дейін заттарды жасау тәсілін өзгерте алады», - деп қосты Фер.
Перовскит – Бұл минерал кремнийге қарағанда жоғары өткізгіштікке ие және нәзік емес. Сондай-ақ ол жер бетінде әлдеқайда көп. Соңғы онжылдықта айтарлықтай күш-жігер керемет жетістіктерге әкелді, бірақ оны болашақ оптоэлектроникада қабылдау қиын болып қала береді.
Перовскиттік фотоэлектрлік элементтер әлі де тұрақсыз және ерте қартаюға ұшырайды. Оның үстіне олардың құрамында қоршаған ортаға және адам денсаулығына өте зиянды қорғасын бар. Осы себептерге байланысты панельдерді сату мүмкін емес.
Галогенді гибридті перовскиттер тамаша фотоэлектрлік қасиеттері және олардың фотоэлектрлік жүйелерде қолданылуы үшін соңғы жылдары ерекше зерттеулерге назар аударған жартылай өткізгіш материалдар класы болып табылады.
