Исследователи Oregon State University разработали материал BVR-19, который использует свет для получения водорода из воды. Работа посвящена металлоорганическому каркасу — пористому кристаллическому материалу, свойства которого можно менять на молекулярном уровне. Такой каркас действует как фотокатализатор: поглощает свет и направляет полученную энергию на химическую реакцию. Исследовательская группа сообщает, что система не требует дополнительного дорогостоящего металлического катализатора.
В BVR-19 есть необычная связь между атомами серы в органической части материала. Под воздействием света она временно разрывается, образуя активные серосодержащие частицы. Те помогают захватывать световую энергию и перемещать электроны, необходимые для выделения водорода. Материал можно получить самопроизвольно в водном растворе при комнатной температуре, что потенциально снижает энергозатраты на производство катализатора.
Металлоорганические каркасы представляют собой обширный класс материалов: учёные синтезировали почти 100 тысяч структур, а ещё сотни тысяч предсказаны вычислительно. Сравнивая близкие версии BVR-19 с различными металлами, команда определила, как состав влияет на эффективность, и предложила ориентиры для проектирования новых фотокатализаторов.
Водород применяется при производстве аммиака, переработке металлов и пластмасс, а также рассматривается как топливо. Большую часть водорода получают из природного газа с выбросами углекислого газа. Получение водорода из воды электричеством или солнечным светом может быть чище, но обходится дороже. В материалах исследования приводится оценка около 1,50 доллара за килограмм для традиционного процесса против примерно 5 долларов для «зелёного» водорода.
Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society. BVR-19 остаётся лабораторной разработкой: эффективность, долговечность и стоимость масштабирования ещё предстоит проверить в практических условиях. Исследователи рассматривают работу как основу для проектирования следующих поколений солнечных топливных систем, а не как готовую коммерческую технологию.