Wetenschappers van de Tomsk Polytechnic University samen met teams van de University of Chemistry and Technology, Praag en de Jan Evangelista Purkyne Universiteit in Ústí nad Labem hebben een nieuw 2D-materiaal ontwikkeld om waterstof te produceren, dat is de basis van alternatieve energie. Het materiaal genereert efficiënt waterstofmoleculen uit verse, zout, en vervuild water door blootstelling aan zonlicht. De resultaten zijn gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

"Waterstof is een alternatieve energiebron. de ontwikkeling van waterstoftechnologieën kan een oplossing worden voor de wereldwijde energie-uitdaging. Echter, er zijn een aantal problemen op te lossen. Vooral, wetenschappers zijn nog op zoek naar efficiënte en groene methoden om waterstof te produceren. Een van de belangrijkste methoden is om water te ontbinden door blootstelling aan zonlicht. Er is veel water op onze planeet, maar slechts enkele methoden die geschikt zijn voor zout of vervuild water. In aanvulling, weinigen gebruiken het infraroodspectrum, dat is 43% van al het zonlicht, "Olga Guselnikova, een van de auteurs en een onderzoeker van de TPU Research School of Chemistry &Applied Biomedical Sciences, notities.

Het ontwikkelde materiaal is een drielaagse structuur met een dikte van 1 micrometer. De onderste laag is een dunne film van goud, de tweede is gemaakt van 10 nanometer platina, en de derde is een film van metaal-organische raamwerken van chroomverbindingen en organische moleculen.

"Tijdens de experimenten we hebben materiaal gedrenkt en de container afgesloten om periodiek gasmonsters te nemen om de hoeveelheid waterstof te bepalen. Infrarood licht veroorzaakte de excitatie van plasmonresonantie op het monsteroppervlak. Hete elektronen gegenereerd op de goudfilm werden overgebracht naar de platinalaag. Deze elektronen begonnen de reductie van protonen op het grensvlak met de organische laag. Als elektronen de katalytische centra van metaal-organische raamwerken bereiken, de laatste werden ook gebruikt om protonen te verminderen en waterstof te verkrijgen, " legt Guselnikova uit.

Experimenten hebben aangetoond dat 100 vierkante centimeter van het materiaal in een uur 0,5 liter waterstof kan genereren. Het is een van de hoogste geregistreerde percentages voor 2D-materialen.

"In dit geval, het metaal-organische frame fungeerde ook als een filter. Het filterde onzuiverheden en gaf reeds gezuiverd water zonder onzuiverheden door aan de metaallaag. Het is erg belangrijk, omdat, hoewel er veel water op aarde is, het belangrijkste volume is zout of vervuild water. Daarbij, we zouden klaar moeten zijn om met dit soort water te werken, " merkt ze op.

In de toekomst, wetenschappers hopen het materiaal te verbeteren om het efficiënt te maken voor zowel infrarood als zichtbare spectra.

"Het materiaal vertoont al een zekere absorptie in het zichtbare lichtspectrum, maar de efficiëntie is iets lager dan in het infraroodspectrum. Na verbetering, het zal mogelijk zijn om te zeggen dat het materiaal werkt met 93% van het spectrale volume van zonlicht, " voegt Guselnikova toe.