Proboj u solarnoj fotolizi vode za proizvodnju vodonika!

Uvođenje „ugljičnog vrha“ i „ugljično neutralne“ strategije dovelo je do smanjenja emisija ugljika, pri čemu je vodonik atraktivna opcija kao čisto gorivo. S druge strane, vodonik je također neophodan za mnoge hemijske procese, kao što je proizvodnja đubriva. Međutim, vodonik se trenutno dobiva uglavnom konverzijom vode i plina, procesom koji ne samo da stvara velike emisije ugljika već i troši velike količine toplinske energije.

Prirodna fotosinteza (biljke koje koriste sunčevu svjetlost za dobivanje atoma vodonika iz vode) je dobro poznata, ali postoji li tehnika "vještačke fotosinteze" za dobivanje vodonika? Fotokatalitička proizvodnja vodika bazirana na totalnoj hidrolizi je ekološki prihvatljiva i održiva tehnologija koja troši samo sunčevu svjetlost i vodu i ne proizvodi nikakve emisije ugljika, zbog čega trenutno privlači veliku pažnju. Međutim, niska efikasnost konverzije solarne u vodonik (STH) trenutnih fotokatalitičkih THM-a ograničava njihovu praktičnu primjenu.

Imajući to na umu, tim profesora Yonezawe na Univerzitetu u Michiganu razvio je strategiju za postizanje efikasnosti STH do 9,2 posto korištenjem čiste vode, koncentrisane sunčeve svjetlosti i fotokatalizatora indijum galijum nitrida, koji oponaša ključne korake u prirodnoj fotosintezi. Eksperimenti na otvorenom pokazuju da predstavlja veliki korak naprijed za tehnologiju, jer je gotovo 10 puta efikasniji od uporedivih eksperimenata cijepanja vode na solarnu energiju. Konkretno, istraživači su pokazali da fotokatalitička potpuna dezintegracija vode na InGaN/GaN površinama ne samo da potiče reakciju raspadanja vode prema naprijed, već i inhibira obrnutu reakciju kompleksiranja vodika i kisika putem infracrvenog termičkog efekta koji generira fokusirana sunčeva svjetlost visokog intenziteta, omogućavajući InGaN nanožice koje pokazuju izuzetno visoku fotokatalitičku efikasnost ukupne dezintegracije vode. Rezultati istraživanja objavljeni su u najnovijem broju časopisa Nature pod naslovom "Učinkovitost od sunca na vodonik od više od 9 posto u fotokatalitičkom cijepanju vode".