АНАХАЙМ, КАЛИФОРНИЯ — Почти вся энергия, которую мы используем на этой планете, начинается как солнечный свет, прививающий использование для вязания химических связей. Теперь, впервые, исследователи в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже создали потенциально дешевый, практический искусственный лист, делающий почти такую же вещь — обеспечение потенциально безграничного энергоисточника, который это легко выявить.Новое устройство является кремниевой вафлей о форме и размере игральной карты, покрытой с обеих сторон двумя различными катализаторами. Кремний абсорбирует солнечный свет и проходы что энергия к катализаторам для разделения воды на молекулы водорода и кислорода.
Водород является топливом, которое может или сжигаться или использоваться в топливном элементе для создания электричества, преобразовывая воду в любом случае. Это означает, что в теории, любой с доступом для полива может использовать его для создания дешевого, чистого, и доступного источника топлива.«Это является захватывающим», говорит Роберт Граббс, химик в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, видевший представление здесь вчера на проходящей два раза в год встрече американского Химического Общества. «Существует все еще, очевидно, длинный путь для движения» для превращения нового устройства в бурную, реальную технологию, говорит Граббс. Но подход важен, потому что его потенциальная низкая стоимость могла сделать его широко доступным.
Это “имеет возможность того, чтобы быть масштабируемым», говорит Граббс.Новое устройство не является первым полупроводником, способным к разделению воды.
Более чем десятилетие назад бригада во главе с Джоном Тернером из Национальной Лаборатории Возобновляемых источников энергии Золотого, Колорадо, создала чип арсенида галлия, способный к разделению воды, в конечном счете храня 12% энергии в солнечном свете в водороде. Но арсенид галлия является дорогим, и устройство, быстро разъедаемое в воде, делая его непригодным.
Разделение воды в ее компоненты водорода и кислорода требует организации двух химических реакций одновременно. Электроны должны быть раздеты от атомов водорода в воде, заставляющей молекулы воды ломаться в положительно заряженные водородные ионы, или протоны и отрицательно наполненные атомы кислорода. Один катализатор тогда должен пришить два атома кислорода для формирования O2, в то время как второй катализатор сваривает два атома водорода с двумя электронами для создания H2.
Три года назад бригада во главе с химиком Даниэлем Носерой из MIT решила половину проблемы со специальным кобальтом и основанным на фосфоре катализатором, вяжущими молекулы O2. Этот катализатор был уникален в этом, он распадается и реформы как часть его каталитического цикла. То поведение, оказалось, было огромным преимуществом, говорит Носера.
Несмотря на то, что катализатор разъедает во время использования, каждый раз, когда это начинается по, он работает с нетронутой, неразъедаемой поверхностью для продолжения реакции.Сшивание вместе атомов водорода для создания H2 имело свои собственные контрольно-пропускные пункты. Платина работает хорошо, но это редко и дорого. Вчера, Носера сообщил о создании дешевого катализатора, использующего три различных металла для формирования H2, обходя платиновую проблему.
Nocera не показал состав нового катализатора, поскольку работа еще не издается, и он находится в процессе патентования его.Но Nocera действительно говорил, что эти три металла у каждого есть различные роли.
Первое, как активный ингредиент в медицине, сваривает молекулы H2 вместе. Второе первоначально помогает захватить другие два металла в сплав, которым можно управлять. Как только сплав покрыт на поверхности и выставлен оросить, этот второй металл распадается, оставляя позади другие два металла в очень пористом материале. Это создает дополнительную площадь поверхности для реакции H2 иметь место.
Обычно, эту реакцию быстро окунули бы благодаря присутствующим ионам фосфата. Таким образом, бригада Носеры добавила третий металл, чтобы отогнать фосфат от поверхности материала и позволить устройству функционировать постоянно.Для создания его искусственного листа бригада MIT распространила свои катализаторы на противоположных сторонах кремниевой вафли. Кремний абсорбирует солнечный свет и проходы энергичные, отрицательно заряженные электроны и положительно наполнил электронные вакансии к катализаторам на противоположных сторонах, использующих их для создания H2 и O2.
Солнечный коллектор фактически немного более сложен, чем однородная плита кремния. Это было необходимо, потому что разделение воды требует по крайней мере 1,23 В, но единственная кремниевая клетка обеспечивает только приблизительно 0,5 В. Таким образом, бригада MIT использовала коммерчески доступный материал с тремя кремниевыми клетками, выложенными слоями на друг друге, давая им достаточно напряжения для улучшения разделяющей воду реакции.
Когда устройство помещено в ясную флягу и выставлено солнечному свету, оно производит непрекращающийся поток кислорода и водорода, пузырящегося до поверхности. По словам Носеры, установка преобразовывает 5,5% энергии в солнечном свете в водородное топливо. «Вы буквально идете снаружи, держите его, и это работает», говорит Носера.
Новый катализатор также кажется очень стабильным. Носера говорит, что его бригада управляла устройством в течение недели, с помощью воды из близлежащей Реки Чарльз в Кембридже, без любого понижения эффективности. Следующий шаг должен узнать, работает ли устройство одинаково хорошо в морской воде.
Если так, это могло существенно ниже стоимость производства водородного топлива.