Томские ученые синтезировали новый класс материалов для генерации водорода

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в сотрудничестве с коллегами из африканского Университета Витватерсранда (ЮАР) синтезировали новый класс наноструктурированных материалов, которые могут быть использованы как фотокатализаторы для расщепления молекул воды. Такие материалы представляют большой интерес в области водородной энергетики.

Водород рассматривают как перспективную альтернативу традиционному ископаемому топливу. На сегодняшний день наиболее экологичным способом производства так называемого «зеленого» водорода считается его получение путем расщепления молекул воды в процессе электролиза в фотоэлектрохимических ячейках. В качестве источника энергии при этом используется солнечный свет.

При таком методе используют электроды, выполненные из дорогих и дефицитных металлов платиновой группы (МПГ). Перед учеными Томского политеха стояла задача получить альтернативные анодные материалы — более дешевые, но не менее эффективные, чем МПГ.

«Одним из наиболее изученных и широко применяемых материалов для фотокаталитических устройств и приложений является оксид цинка (ZnO). Частицы ZnO сами по себе не могут обеспечить достаточный перенос электронов, которые необходимы для химической реакции расщепления молекулы воды. Однако оксид цинка можно модифицировать и преобразовывать в наноструктуры, которые будут обладать хорошими полупроводниковыми и оптоэлектронными свойствами», — рассказал руководитель проекта, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Дамир Валиев.

Исследователи синтезировали бинарные нанокомпозитные материалы из дисульфида вольфрама и оксида цинка (WS2–ZnO). Синтез наноструктур осуществлялся методом электроискровой эрозии гранул цинка в водных растворах перекиси водорода с одновременным добавлением в зону реакции наноструктурированного порошка WS2. Ранее этот метод не применяли для изготовления подобных наногетероструктур.

Результаты исследования показали, что полученные наноструктуры WS2–ZnO обладают хорошим потенциалом для использования в качестве фотоанодного материала для фотоэлектрохимического расщепления воды с целью получения водорода для применения в «зеленой» энергетике.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» нацпроекта «Наука и университеты».