Учёные из Университета штата Орегон представили новый класс материалов, которые под действием света превращают воду в водород, предлагая потенциально чистый способ преобразования солнечной энергии в топливо. Исследование возглавил Kyriakos Stylianou из колледжа наук OSU; команда разработала фотокатализатор, способный быстро и эффективно производить водород.

Особенность работы заключается во взаимодействии света с молекулярной структурой MOF — металлорганической рамкой, к которой относятся крошечные поры и настраиваемые свойства. По словам Stylianou, такие пористые кристаллические материалы позволяют подбирать характеристики под разные применения и растягивать диапазоны светового возбуждения.

Для исследования учёные сосредоточились на MOF под названием BVR-19. В его составе присутствуют необычные серо-содержащие связи между сероводородными звеньями, которые при воздействии света временно разрываются и образуют высокореактивные серусодержащие виды, что запускает перенос электронов к процессу образования водорода.

Авторы подчёркивают, что «органическая» часть MOF выполняет основную работу: не полагаясь на металлы, материал улавливает световую энергию и «перемещает» электроны туда, где они нужны для образования водорода. Это позволяет обойти потребность в дорогих металло Catalyst и упрощает будущие системы водородного производства на основе света.

По словам Stylianou, к MOF BVR-19 применимо формирование в водных растворах при комнатной температуре, что снижает энергозатраты на синтез материала. Такие свойства могут сделать световую генерацию водорода проще и потенциально дешевле существующих подходов.

Сравнение с традиционной технологией получения водорода — паровую конверсию метана — показывает, что текущие методы дают водород из газа; стоимость водородных продуктов указывается как примерно $1,50 за кг для натурального газа и около $5 за кг для «зелёного» водорода, произведённого экологически чистыми способами. Результаты работы дополняют дискуссию о снижении затрат на зелёный водород за счёт новых материалов и дизайна молекул.

Исследование финансировалось Murdock Charitable Trust, Национальным фондом научных исследований и ОСУ College of Science, а также сотрудничали множество учёных из MaD Lab и партнёры OSU. Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society.