"Новые устойчивые энергетические системы необходимы для решения глобальных энергетических и экологических проблем, таких как увеличение выбросов углекислого газа и изменение климата", - говорит Цзянву Сун, старший преподаватель кафедры физики, химии и биологии Университета Линчепинга, который руководил новым исследованием.

Плотность энергии водорода в три раза выше, чем у бензина. Его можно использовать для выработки электроэнергии с помощью топливного элемента, и автомобили, работающие на водороде, уже имеются в продаже. Когда газообразный водород используется для производства энергии, единственным образующимся продуктом является чистая вода. Однако, в отличие от этого, при производстве водорода образуется углекислый газ, поскольку наиболее часто используемая технология, используемая сегодня, зависит от использования ископаемого топлива для этого процесса. Таким образом, при производстве 1 тонны газообразного водорода выделяется 9-12 тонн углекислого газа.

Производство газообразного водорода путем расщепления молекул воды с помощью солнечной энергии - это устойчивый подход, который может давать газообразный водород с использованием возобновляемых источников, не приводя к выбросам углекислого газа. Основным преимуществом этого метода является возможность преобразования солнечной энергии в топливо, которое можно хранить.

"Обычные солнечные элементы вырабатывают энергию в дневное время, и эта энергия должна либо использоваться немедленно, либо храниться, например, в батареях. Водород - многообещающий источник энергии, который можно хранить и транспортировать таким же образом, как традиционные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо", - говорит Цзянву Сун.

Однако расщепить воду, используя энергию солнечного света для получения газообразного водорода, непросто. Чтобы это удалось, необходимо найти экономически эффективные материалы, обладающие подходящими свойствами для реакции, в которой вода (H₂O) расщепляется на водород (H₂) и кислород (O₂) с помощью фотоэлектролиза. Энергия солнечного света, которая может быть использована для расщепления воды, в основном представлена в виде ультрафиолетового излучения и видимого света. Следовательно, требуется материал, способный эффективно поглощать такое излучение для создания зарядов, которые могут быть разделены и обладать достаточной энергией для расщепления молекул воды на водород и кислород. Большинство материалов, которые были исследованы до сих пор, либо неэффективны в том, как они используют энергию видимого солнечного света (диоксид титана, TiO₂, например, поглощает только ультрафиолетовый солнечный свет) или не обладают свойствами, необходимыми для расщепления воды до газообразного водорода (например, кремний, Si).

Исследовательская группа Jianwu Sun исследовала кубический карбид кремния, 3C-SiC. Ученые создали форму кубического карбида кремния, которая имеет множество чрезвычайно мелких пор. Материал, который они называют нанопористым 3C-SiC, обладает многообещающими свойствами, которые предполагают, что его можно использовать для получения газообразного водорода из воды с использованием солнечного света. Настоящее исследование было опубликовано в журнале ACS Nano, и в нем исследователи показывают, что этот новый пористый материал может эффективно улавливать ультрафиолет и большую часть видимого солнечного света. Кроме того, пористая структура способствует разделению зарядов, обладающих необходимой энергией, в то время как мелкие поры обеспечивают большую площадь активной поверхности. Это улучшает перенос заряда и увеличивает количество реакционных центров, тем самым еще больше повышая эффективность расщепления воды.

"Главный результат, который мы показали, заключается в том, что нанопористый кубический карбид кремния обладает более высокой эффективностью разделения заряда, что значительно улучшает расщепление воды до водорода, чем при использовании плоского карбида кремния", - говорит Цзянву Сун.

Исследование получило финансовую поддержку, среди прочих источников, от Шведского исследовательского совета FORMAS и Шведского фонда международного сотрудничества в области исследований и высшего образования.