Водород может быть произведен, разделив воду (H2O) в водород (H2) и кислород (O2). Есть много способов сделать, это, но среди самого чистого – следовательно самый привлекательный – использует солнечные батареи.
Эти устройства захватывают энергию солнечного света стимулировать разделяющую воду реакцию.Солнечный свет прибывает в спектр с каждым цветом, имеющим различную длину волны. Солнечные батареи должны поглотить свет конкретных длин волны, в зависимости от того, сколько энергии клетка должна стимулировать реакцией. Чем больше спектра, который это захватывает, тем более водородный это производит.
К сожалению, большинство клеток только поглощает более короткие длины волны света, соответствуя более высокой энергетической области видимого света ниже области красного света. Это означает, что, в то время как цвета, такие как синий и зеленый свет могут использоваться, остальное потрачено впустую.Теперь, исследователи в Университете Кюсю в Японии и ее Институте энергетического Исследования С нулевым балансом выбросов углерода (I2CNER) потенциально решили эту проблему.
Они изобрели устройство, которое ведет почти инфракрасный свет (NIR) – часть спектра, невидимого для невооруженного глаза, с длинами волны дольше, чем видимый красный свет. Таким образом они позволили более широкий спектр света, включая UV, видимый, и NIR, чтобы быть полученными. Их дизайн умно эксплуатирует химию рутения, хэви-метал, связанный с железом. Об их успехе сообщили в Angewandte Chemie Международный Выпуск.
Конкретные металлически-органические гибридные материалы способны захватывать свет, который помогает их электронам «подскочить» в орбитали в органических частях материалов, приложенных к металлическому центру. В солнечных батареях это – первый шаг в производстве водорода, так как электроны – водители химии. Однако скачок между орбиталями обычно столь большой, что только у UV и более высокой энергетической области видимого света есть достаточно энергии стимулировать его. Красный, NIR, и еще дольше свет IR просто отражен назад или проходит через устройства, и их энергия остается неиспользованной.
Дизайн Кюсю отличается. «Мы ввели новые электронные орбитали в рутениевые атомы», учатся, соответствующий автор профессор Кен Сакай объясняет. «Это похоже на добавляющие ступеньки к лестнице – теперь, электроны в рутении не должны до сих пор подскакивать, таким образом, они могут использовать более низкие энергии света такой как красные и NIR. Это почти удваивает сумму фотонов солнечного света, которые мы можем получить».Уловка должна использовать органическое соединение – шестиугольные кольца углерода и азота – чтобы связать три металлических атома в единственную молекулу.
На самом деле это не только создает эти новые «ступеньки» – следовательно способность использовать красный и свет NIR – но также и делает реакцию более эффективной из-за пространственного расширения легкой части сбора урожая молекулы. Таким образом производство водорода ускорено.
«Потребовались десятилетия усилий во всем мире, но нам наконец удалось заставить водное сокращение развивать H2, используя NIR», заявляет Сакаи. «Мы надеемся, что это – только начало – чем больше мы понимаем химию, тем лучше мы можем проектировать устройства, чтобы сделать чистое, основанное на водороде аккумулирование энергии коммерческой действительностью».