Учёные из Наньянского технологического университета (Nanyang Technological University, NTU) в Сингапуре представили решение, которое называют «искусственным листом» — фотоэлектрохимическую систему, способную получать водород прямо из морской воды и при этом удалять токсичный промышленный загрязнитель гидразин. По замыслу авторов, работа устройства полностью зависит от солнечного света и не требует внешнего источника электроэнергии. Эта комбинация позволяет одновременно заниматься энергоэффективной выработкой водорода и очисткой воды в одном процессе.

Ключевым элементом конструкции стал фотокатод на основе свинецсодержащего галогенидного перовскита, который преобразует солнечный свет в электрический ток. Для защиты от разрушения в морской воде фотокатод покрыли слоем титана, применили проводящий эпоксидный композит с частицами серебра и меди. Анод содержит катализатор из железа, кобальта и хрома, который обеспечивает устойчивость к коррозии. Такая компоновка позволяет не только вырабатывать водород, но и подавлять образование токсичных хлорированных соединений на аноде, которые часто возникают при прямом электролизе морской воды.

В ходе экспериментальных испытаний система достигла плотности фототока 25 мА/см2 при освещении, близком к естественному солнечному излучению. Устройства стабильно работали в искусственной и в реальной морской воде более 72 часов, при этом скорость образования водорода достигала 466 мкмоль/(см2·ч). Одновременно исследователи наблюдали существенное снижение гидразина: за 30 часов его концентрация снизилась с 0,5 моль (примерно 1,6 % по массе) до 0,5 части на миллиард — ниже установленного Агентством по охране окружающей среды США предельного уровня в 10 частей на миллиард более чем в 20 раз.

По итогам экспериментов учёные отмечают не только успешную работу в условиях морской воды под солнечным светом, но и возможность дальнейшего развития концепции: в дальнейшем планируется создавать каталитические модули для удаления других загрязнителей и, параллельно, превращать отходы в топливо и промышленное сырьё. Авторы считают, что идея может выйти за рамки очистки гидразина и служить базой для полноценных фотоэлектрохимических систем по превращению загрязнений в полезные продукты.