Nyt porøst materiale, der lover til fremstilling af vedvarende energi fra vand

En mulig kilde til vedvarende energi er brintgas fremstillet af vand ved hjælp af sollys. Forskere ved Linköpings Universitet, Sverige, har udviklet et materiale, nanoporøst kubisk siliciumcarbid, der udviser lovende egenskaber til at opfange solenergi og spalte vand til brintgasproduktion. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano .

"Nye bæredygtige energisystemer er nødvendige for at imødekomme globale energi- og miljøudfordringer, såsom stigende kuldioxidemissioner og klimaændringer, " siger Jianwu Sun, lektor ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings Universitet, der har ledet den nye undersøgelse.

Brint har en energitæthed tre gange så stor som benzin. Det kan bruges til at generere elektricitet ved hjælp af en brændselscelle, og brint-drevne biler er allerede kommercielt tilgængelige. Når brintgas bruges til at producere energi, det eneste produkt, der dannes, er rent vand. I modsætning, imidlertid, kuldioxid dannes, når brinten produceres, da den mest anvendte teknologi i dag er afhængig af fossile brændstoffer til processen. Dermed, Der udledes 9-12 ton kuldioxid, når der produceres 1 ton brintgas.

At producere brintgas ved at spalte vandmolekyler ved hjælp af solenergi er en bæredygtig tilgang, der kunne give brintgas ved hjælp af vedvarende kilder uden at føre til kuldioxidemissioner. En stor fordel ved denne metode er muligheden for at omdanne solenergi til brændstof, der kan lagres.

"Konventionelle solceller producerer energi i dagtimerne, og energien skal enten bruges med det samme, eller opbevares i, for eksempel, batterier. Brint er en lovende energikilde, der kan lagres og transporteres på samme måde som traditionelle brændstoffer som benzin og diesel, " siger Jianwu Sun.

Det er ikke, imidlertid, en nem opgave at spalte vand ved at bruge energien i sollys til at give brintgas. For at dette skal lykkes, det er nødvendigt at finde omkostningseffektive materialer, der har de rigtige egenskaber til den reaktion, hvor vand (H2O) spaltes til brint (H2) og oxygen (O2) gennem fotoelektrolyse. Energien i sollys, der kan bruges til at spalte vand, er for det meste i form af ultraviolet stråling og synligt lys. Derfor, Der kræves et materiale, der effektivt kan absorbere sådan stråling for at skabe ladninger, der kan adskilles og har nok energi til at spalte vandmolekylerne i brint og oxygengasser. De fleste materialer, der er blevet undersøgt indtil nu, er enten ineffektive i den måde, de bruger energien fra synligt sollys (titandioxid, TiO2, for eksempel, absorberer kun ultraviolet sollys), eller ikke har de nødvendige egenskaber til at spalte vand til brintgas (f.eks. silicium, Si).

Jianwu Suns forskningsgruppe har undersøgt kubisk siliciumcarbid, 3C-SiC. Forskerne har fremstillet en form for kubisk siliciumcarbid, der har mange ekstremt små porer. Materialet, som de kalder nanoporøst 3C-SiC, har lovende egenskaber, der tyder på, at den kan bruges til at producere brintgas fra vand ved hjælp af sollys. Denne undersøgelse er blevet publiceret i tidsskriftet ACS Nano , og heri viser forskerne, at dette nye porøse materiale effektivt kan fange og høste ultraviolet og det meste af det synlige sollys. Desuden, den porøse struktur fremmer adskillelsen af ​​ladninger, der har den nødvendige energi, mens de små porer giver et større aktivt overfladeareal. Dette forbedrer ladningsoverførslen og øger antallet af reaktionssteder, dermed yderligere øge effektiviteten af ​​vandspaltningen.

"Det vigtigste resultat, vi har vist, er, at nanoporøst kubisk siliciumcarbid har en højere ladningsadskillelseseffektivitet, hvilket gør spaltningen af ​​vand til brint meget bedre end ved brug af plan siliciumcarbid, " siger Jianwu Sun.