«Искусственный лист» становится более реальным

Ученые Массачусетского технологического института разработали новое устройство, которое объединяет фотоэлемент с каталитическим слоем и позволяет под действием света конвертировать воду в электричество. Работы в данном направлении ведутся двумя группами ученых и основаны на предложенном три года назад профессором Даниэлем Носера (Daniel Nocera), элементе питания, имитирующем фотосинтез.

Предложенный Даниэлем Носера элемент при помещении в воду под действием света разлагает воду, в результате чего выделяется кислород. Атомы водорода при этом диссоциируют в растворе. Следующим этапом создания эффективного «искусственного листа» является интеграция еще одного ингредиента, катализатора для выведения молекул водорода, именно H2 используется для выработки электроэнергии.

Искусственный лист, показанный исследователями, изготовлен из кремния, химических катализаторов и нескольких электронных компонентов. Дополнение его катализатором для выведения H2 оказалось нетривиальной задачей – при расщеплении воды катализатор создает чрезвычайно агрессивную химическую среду, вызывающую быструю деградацию кремния. Поэтому ученые искали способы защиты поверхности кремния, которые в то же время позволили бы ему поглощать солнечный свет и взаимодействовать с катализатором.

Исследователи под руководством профессора электротехники Владимира Буловича (Vladimir Bulović) решили данную проблему за счет нанесения соединения фосфора и кобальта на кремниевую поверхность: сначала на ячейку испарялся слой чистого кобальта, а затем элемент помещался в раствор фосфатов и на него воздействовали электрическим током. Группа адъюнкт-профессора производства и машиностроения Тонио Буонасизи (Tonio Buonassisi) предложила защищать кремниевую поверхность тонкой пленкой оксида индия-олова (indium tin oxide), правда, как отмечают сами разработчики, данная технология нуждается в усовершенствовании, поскольку при нанесении защиты КПД батареи падает в 10 раз.

Обе предложенных системы тестировались на протяжении всего нескольких дней, поэтому о возможностях промышленного применения новых технологий говорить пока рано.

Результаты работ были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследования проводились при финансовой поддержке Национального научного фонда США, частного фонда Chesonis Family Foundation, Нидерландской организации научных исследований (NOW-FOM), Научно-исследовательского центра ВВС США.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365