Исследователи из Мичигана создали квантовый материал для «солнечного» водорода

Прорыв в чистой энергетике: водород из воды и света

Группа исследователей из Мичиганского университета разработала инновационный квантовый материал, способный эффективно расщеплять воду на водород и кислород, используя исключительно энергию солнечного света. Это достижение представляет собой значительный шаг вперед в производстве «зеленого» водорода — экологически чистого топлива, сжигание которого оставляет в качестве побочного продукта только водяной пар.

Традиционные методы получения водорода часто связаны с использованием ископаемого топлива, что нивелирует его экологические преимущества. Фотокаталитическое расщепление воды, напротив, стремится имитировать природный процесс фотосинтеза, но десятилетиями сталкивалось с проблемой низкой эффективности катализаторов, которые быстро теряют энергию, затраченную светом.

Принцип действия: экситонные квантовые сверхрешетки

Ученые решили эту проблему, создав экситонные квантовые сверхрешетки. Этот новый материал состоит из чередующихся ультратонких слоев нитрида галлия и нитрида индия-галлия. Периодическая структура этих слоев кардинально улучшает оптоэлектронные свойства, что позволяет удерживать и направлять носители заряда (экситоны) для участия в химической реакции расщепления молекул воды.

В ходе испытаний этот материал продемонстрировал высокую эффективность в производстве чистого водорода. Согласно имеющимся данным, эффективность преобразования солнечной энергии в водород составила 3,16% в условиях окружающей среды при концентрированном солнечном свете, а в демонстрационных испытаниях на открытом воздухе достигала в среднем 1,64% при высокой интенсивности освещения.

Перспективы и области применения

Водородное топливо рассматривается как ключевой элемент в декарбонизации тех секторов, где переход на аккумуляторы затруднен. В будущем оно потенциально может обеспечить работу тяжелой техники, такой как грузовики, поезда и морские суда, а также служить основой для систем промышленного отопления и локальных электросетей.

Разработка, о которой сообщалось в научном издании Nature Energy, нацелена на то, чтобы сделать производство чистого водорода более доступным и масштабируемым, обходя зависимость от ископаемого сырья.