Случайно попавшие в руки исследователей образцы нанотрубок из оксида титана помогли втрое увеличить эффективность одного из важнейших процессов водородной энергетики. Оказалось, что активность катализаторов снижала примесь, которую никто не догадался поискать.
Случайно привезенные специалистам из Национального института стандартов и технологий (NIST) на анализ образцы нанотрубок из TiO2 дали сразу два повода для исследований. Во-первых, на образцах обнаружились следы калия, которые никто никогда не детектировал. Во-вторых, выяснилось, что примеси снижают эффективность фотоэлементов на основе нанотрубок.
Фотоэлектрокатализ
Диоксид титана (TiO2) -- довольно известное вещество. Из-за своего устойчивого белого цвета оно получило широкое распространение как белый пигмент в белилах и красках. Однако в конце 1960-х годов начались активные исследования фотохимических свойств этого вещества. В 1972 году Акира Фудзисима открыл, что в одной из своих кристаллических модификаций TiO2 имеет свойство разлагать воду на водород и кислород под воздействием электрического тока и солнечного света.
Долгие годы многие исследователи пытались оптимизировать данный процесс для промышленного использования. Важным шагом стало открытие нанотрубок: подобно слоям углерода, диоксид титана также может образовывать наноструктуры. Это важно для гетерогенного катализа, поскольку чем больше площадь, тем выше скорость каталитической реакции.
Случайный опыт
Поводом для нового эксперимента стали привезенные из Северо-Восточного университета (Northeastern University) в NIST для анализа образцы нанотрубок. Первое, что обнаружили исследователи, это наличие в образцах калия. Он оседает на поверхности нанотрубок во время их получения, а вот количественно его никто не определял. Это удалось сделать только в ходе исследования при помощи синхротронного излучения.
Естественно, исследователям захотелось посмотреть, как будут вести себя в одном из самых перспективных процессов образцы без содержания калия. Приготовленный особым способом материал сравнивался в разложении воды со своим традиционным аналогом. Оказалось, что чистые образцы при включении их как катализаторов в схему для фотоэлектролиза требовали в три раза меньше энергии, чем загрязненные калием аналоги.
По всей видимости, теперь следует ожидать нового всплеска интереса исследователей и корпораций к этому процессу в частности и к водородной энергетике в целом.
Результаты работы опубликованы в пресс-релизе NIST.
