Производство новых бензиновых и дизельных автомобилей будет запрещено в ЕС с 2035 года. Ожидается, что электродвигатели будут получать все большее распространение в транспортных средствах, но они подходят не для всех видов транспорта.

"Легковые автомобили могут иметь аккумулятор, но тяжелые грузовики, корабли или самолеты не могут использовать аккумулятор для хранения энергии. Для этих транспортных средств нам нужно найти чистые и возобновляемые источники энергии, и водород является хорошим кандидатом", - говорит Цзяньву Сун, доцент Университета Линчепинга, который руководил исследованием, опубликованным в журнале Американского химического общества.

Исследователи LiU работают над разработкой материалов, которые могут быть использованы для получения водорода (_H2) из воды (_H2o) с использованием энергии солнечного света.

Исследовательская группа ранее показала, что материал под названием кубический карбид кремния (3C-SiC) обладает полезными свойствами для облегчения реакции, при которой вода расщепляется на водород и кислород. Материал может эффективно улавливать солнечный свет, так что содержащаяся в нем энергия может быть использована для производства водорода в результате фотохимической реакции расщепления воды.

В своем текущем исследовании исследователи дополнительно разработали новый комбинированный материал. Новый материал состоит из трех слоев: слоя кубического карбида кремния, слоя оксида кобальта и каталитического материала, который помогает расщеплять воду.

"Это очень сложная структура, поэтому в этом исследовании мы сосредоточились на том, чтобы понять функцию каждого слоя и то, как это помогает улучшить свойства материала. Новый материал обладает в восемь раз лучшими характеристиками для расщепления воды на водород, чем чистый кубический карбид кремния", - говорит Цзяньву Сун.

Когда солнечный свет попадает на материал, генерируются электрические заряды, которые затем используются для расщепления воды. Задача при разработке материалов для этого применения состоит в том, чтобы предотвратить повторное слияние положительных и отрицательных зарядов и нейтрализацию друг друга. В своем исследовании исследователи показывают, что, объединяя слой кубического карбида кремния с двумя другими слоями, материал, известный как Ni(OH)2/Co3o4/_3C-SiC, становится более способным разделять заряды, тем самым делая расщепление воды более эффективным.

Сегодня существует различие между "серым" и "зеленым" водородом. Почти весь водород, представленный на рынке, является "серым" водородом, получаемым из ископаемого топлива, называемого природным газом. Производство одной тонны "серого" газообразного водорода приводит к выбросу до десяти тонн углекислого газа, что способствует парниковому эффекту и изменению климата. "Зеленый" водород производится с использованием возобновляемой электроэнергии в качестве источника энергии.

Долгосрочная цель исследователей LiU состоит в том, чтобы иметь возможность использовать только энергию солнца для запуска фотохимической реакции с получением "зеленого" водорода. Большинство разрабатываемых сегодня материалов имеют КПД от 1 до 3 процентов, но для коммерциализации этой экологически чистой водородной технологии целевой показатель составляет 10 процентов. Возможность полностью запустить реакцию с использованием солнечной энергии снизила бы стоимость производства "зеленого" водорода по сравнению с его производством с использованием дополнительной возобновляемой электроэнергии, как это делается с помощью технологии, используемой сегодня. Цзяньву Сун предполагает, что исследовательской группе может потребоваться от пяти до десяти лет, чтобы разработать материалы, достигающие желанного 10-процентного предела.

Исследование финансировалось, в частности, при поддержке Шведского фонда международного сотрудничества в области исследований и высшего образования (STINT), Фонда Олле Энгквиста, Фонда Афорска, Фонда Карла Трюггерса и через Шведское правительственное направление стратегических исследований в области передовых функциональных материалов (AFM) в Университете Линчепинга.