Выработка достаточного количества энергии для обеспечения потребностей общества — одна из самых важных задач современной цивилизации. Нефть, газ и уголь загрязняют атмосферу, опустошают сушу и океаны, нарушают климатический баланс. Тем временем население планеты постепенно приближается к 10 миллиардам. Чистые альтернативные источники топлива становятся вопросом выживания.
В своей работе ученые из Университета штата Аризона разработали системы, объединяющие технологии захвата и конверсии света с химическими методами хранения энергии. Вместо прямой выработки электричества из солнечного света новые подходы используют солнечную энергию для запуска химических реакций для производства видов топлива, которые запасают энергию солнца в химических связях. В таком случае катализ становится крайне важен.
Ученые проанализировали ключевые параметры, управляющие эффективностью реакций искусственного фотосинтеза. Они разработали кинетическую модель, описывающую взаимодействие между поглощением света на поверхности полупроводника, движением заряда внутри полупроводника, переносом заряда к слою катализатора, а затем этап химического катализа.
В ходе моделирования динамики этой системы было сделано удивительное открытие.
«В данной системе мы не ограничены скоростью прохождения химической реакции, — пояснил профессор Гэри Мур. — Мы ограничены способностью доставлять электроны к этому катализатору и активировать его. Это связано с интенсивностью света, попадающего на поверхность». Члены его группы показали, что повышение интенсивности света увеличивает и темпы образования топлива.
Это открытие может привести к изменению конструкции полупроводников и катализаторов в целях максимизации их эффективности. Простое добавление большего числа катализаторов на поверхность гибридного материала не приведет к существенному росту производства топлива.
Следует обратить внимание на свойства поглощения света полупроводников и на то, как катализаторы взаимодействуют со светопоглощающим компонентом.
