Команда, возглавляемая доцентом Сюэ Чжун Мином, доктором Ван Сяопэном и доктором Винсентом Ли Ви Сиангом из факультета материаловедения и инженерии Колледжа дизайна и инженерии NUS (NUS CDE), обнаружила, что свет может запускать новый механизм в каталитическом материале, широко используемом при электролизе воды, где вода расщепляется на водород и кислород. В результате получается более энергоэффективный способ получения водорода.

Этот прорыв был достигнут в сотрудничестве с доктором Си Сибо из Института устойчивого развития химических веществ, энергетики и окружающей среды при Агентстве по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR); доктором Ю Чжигеном из Института высокопроизводительных вычислений при A * STAR; и доктором Ван Хао из департамента механических Инжиниринг в рамках NUS CDE.

"Мы обнаружили, что окислительно-восстановительный центр электрокаталитической реакции переключается между металлом и кислородом, запускаемый светом", - сказал доцент Сюэ. "Это в значительной степени повышает эффективность электролиза воды".

Новое открытие потенциально может открыть новые и более эффективные промышленные методы получения водорода и сделать этот экологически чистый источник топлива доступным для большего числа людей и отраслей промышленности.

Доцент Сюэ и его команда подробно описали свое открытие в исследовательской статье, опубликованной в научном журнале Природа 26 октября 2022 года.

Случайный прорыв

При обычных обстоятельствах доцент Сюэ и его команда, возможно, не смогли бы наткнуться на такое новаторское открытие. Но случайное отключение питания потолочных светильников в его лаборатории почти три года назад позволило им наблюдать то, чего мировому научному сообществу пока не удалось сделать.

В то время потолочные светильники в исследовательской лаборатории доцента Сюэ обычно включались на 24 часа. Однажды ночью в 2019 году свет погас из-за отключения электричества. Когда исследователи вернулись на следующий день, они обнаружили, что эффективность материала на основе оксигидроксида никеля в эксперименте по электролизу воды, который продолжался в темноте, резко упала.

"Такого снижения производительности никто никогда раньше не замечал, потому что никто никогда не проводил эксперимент в темноте", - сказал доцент Сюэ. "Кроме того, в литературе говорится, что такой материал не должен быть чувствителен к свету; свет не должен оказывать никакого влияния на его свойства".

Электрокаталитический механизм при электролизе воды является очень хорошо изученной темой, в то время как материал на основе никеля является очень распространенным каталитическим материалом. Следовательно, чтобы доказать, что они были на пороге открытия чего-то новаторского, доцент Сюэ и его команда приступили к многочисленным повторным экспериментам. Они глубже вникли в механику, лежащую в основе такого явления. Они даже повторили эксперимент за пределами Сингапура, чтобы убедиться, что их результаты были последовательными.

Три года спустя доцент Сюэ и его команда наконец смогли публично поделиться своими выводами в статье.

Следующие шаги

Основываясь на своих выводах, команда сейчас работает над разработкой нового способа улучшения промышленных процессов получения водорода. Доцент Сюэ предлагает сделать ячейки, содержащие воду, прозрачными, чтобы внести свет в процесс расщепления воды.

"Это должно потребовать меньше энергии в процессе электролиза, и это должно быть намного проще при использовании естественного света", - сказал доцент Сюэ. "Больше водорода может быть произведено за более короткий промежуток времени при меньшем потреблении энергии".

Пищевые компании используют газообразный водород для превращения ненасыщенных масел и жиров в насыщенные, из которых получаются маргарин и сливочное масло. Водород также используется для сварки металлов друг с другом, так как он может генерировать высокую температуру до 4000 °C. Нефтяная промышленность использует газ для удаления содержания серы из нефти.

Более того, водород потенциально может быть использован в качестве топлива. Давно рекламируемое как экологически чистое топливо, водородное топливо не выделяет вредных веществ, поскольку сгорает при взаимодействии с кислородом - воспламенение не требуется, что делает его более чистым и экологичным источником топлива. Его также легче хранить, что делает его более надежным, чем батареи на солнечных батареях.

Доцент Сюэ рад, что выводы его команды исследователей могут внести свой вклад в научное открытие. Он считает, что путь к развитию науки заключается не в том, чтобы постоянно находить новые способы делать то, что уже сделано, а в том, чтобы постоянно раздвигать границы.

"Только путем накопления новых знаний мы можем постепенно улучшать общество", - сказал доцент Сюэ.