Osmium барвник підвищує вихід сонячного водню в довгохвильовій діапазоні

Генерація водню з сонячного світла: шлях до стабільної альтернативної енергетики

Генерація водню з сонячного світла представляє інноваційний напрямок у виробництві пального з низьким рівнем вуглецю. Цей процес дозволяє перетворювати сонячну енергію у хімічну енергію, яка зберігається безпосередньо у водні. Основний механізм заснований на використанні фотокаталізаторів, які поглинають світло та активізують розщеплення води на водень і кисень. Однак, багато існуючих систем використовують лише частину видимого спектра, що залишає більшу частину сонячного випромінювання невикористаною. Щоб збільшити ефективність процесу, дослідники шукають нові фотокаталізатори, які реагують на ширший спектр хвиль.

Нові горизонти в сонячній генерації водню

Команда під керівництвом професора Кадзухіко Маедо та аспірантки Харуки Ямамото з Інституту науки Токіо нещодавно зробила важливий крок вперед, розробивши фотокаталізатор на основі барвника. Цей новий матеріал поглинає світло з довгих хвиль видимого спектра, що сягають аж до 800 нанометрів. Дослідження, опубліковане в грудні 2025 року в ACS Catalysis, свідчить про подвійне підвищення ефективності перетворення сонячної енергії в водень у порівнянні з традиційними системами. Це підвищення демонструє здатність нового матеріалу використовувати більшу частину сонячної енергії для генерації водню.

Барвникові фотокаталізатори: ефективне рішення

Барвникові фотокаталізатори поєднують молекулу барвника, що поглинає світло, з каталізатором. Молекула барвника виступає в ролі антени, що захоплює видиме світло і передає енергію на поверхню каталізатора, де відбувається реалізація реакції виділення водню. Важливим явищем є те, що вибір металевого комплексу у барвнику впливає на довжину хвиль, які поглинаються, та на ефективність перенесення заряду.

Заміна металевого центру комплексу з рутініуму на осмій дозволила розширити спектр поглинання і захопити більшу частку сонячного спектра. Це інноваційне рішення розширює можливості використання сонячної енергії навіть під час змінних умов освітлення.

Перспективи і наступні кроки

Попередні результати досліджень свідчать про те, що подальша оптимізація металевих комплексів та архітектури фотокаталізаторів залишається актуальною сферою роботи. Досягнення цієї команди надає основи для проектування фотокаталізаторів наступного покоління, які можуть суттєво підвищити ефективність виробництва водню на основі сонячної енергії. Такий підхід може сприяти більш широкому впровадженню екологічно чистих енергетичних систем.