Anna, Anikó
19 °C
31 °C

Tökéletes hatásfokkal tudunk vizet bontani

2016.02.29. 15:34

A vizet általában azért szedik szét az alkotóelemeire, hogy az így kinyert hidrogén energiával lássa el az üzemanyagcellás autókat és más elektromos eszközöket. A vízbontás két lépésből áll, és ezekből az egyiket, a redukálást sikerült 100 százalékos hatásfokkal megvalósítani. A látható fénnyel történő hidrogéntermelés korábbi rekordja 60 százalék volt.

Amikor a H2O molekulát szétszedik, a három atom nem tud csak úgy elválni egymástól. A teljes reakcióhoz két H2O molekulára van szükség, és az első lépésben négy különálló hidrogénatom, valamint egy O2 molekula jön létre. Az utóbbit kivonják a rendszerből, és a második lépésben bekövetkező redukálás során, elektronok hozzáadásával rendezik párba a hidrogéneket, hogy két H2 molekula jöjjön létre.

Dolgozik a fotokatalizátor
Dolgozik a fotokatalizátor
Fotó: Lilac Amirav / Technion / Israel Institue of Technology

Ebből a folyamatból a másodikat, a redukálást sikerült tökéletesen megoldani speciális, 50 nanométer hosszú rudak segítségéve. Ezeket egy vizes oldatba helyezik, látható fénnyel megvilágítva, mert a fény biztosítja az energiát a reakcióhoz. A nanorudak elnyelik a fotonokat, és cserébe elektronokat bocsátanak ki.  

A 100 százalékos hatásfok azt jelenti, hogy minden egyes foton, amely eléri a fotokatalizátort, egy elektront generál, azaz minden két darab elektron egy H2 molekulát hoz létre. Minden egyes nanoméretű rúd másodpercenként száz H2 molekulát tud létrehozni, és egy átlagos mintában 600 milliárd nanorudat tartalmaz. 

Elektronmikroszkópos felvétel az egy illetve a két platina katalizátorral felszerelt nanorudakról
Elektronmikroszkópos felvétel az egy illetve a két platina katalizátorral felszerelt nanorudakról
Fotó: Kalisman / American Chemical Society

Hogy ezt elérjék, a tudósoknak meg kellett szüntetni a folyamat szűk keresztmetszetét, ami az volt, hogy gyorsan elkülönítsék az elektront és azt a megüresedett helyet a félvezetőben, amit az elektron hagy maga után, és el kellett távolítani a lyukat a fotokatalizátorból. A kutatók - Kalisman, Yifat Nakibli, és Lilac Amirav a haifai Izraeli Technológiai Kutatóintézettől - áttervezték a nanorudakat, hogy csak egy platina katalizátor legyen bennük a korábbi kettő helyett.

A rendszer további fejlesztéseket igényel, mert most nagyon magas pH-értéken kell dolgozni, és a nanorúdban használt kadmium-szulfid a fénynek kitéve korrodálódik a vízben. Az a kérdés, hogy vajon sikerül-e a kutatóknak a 100 százalékos hatékonyság mellett gazdaságilag is hatékonnyá, kifizetődővé tenni ezt az eljárást.