Группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) сделала неожиданное научное открытие, которое потенциально может революционизировать способ разложения воды с выделением газообразного водорода — элемента, имеющего решающее значение для многих промышленных процессов.
Команда, возглавляемая доцентом Сюэ Цзюнь Минем, доктором Ван Сяопином и доктором Винсентом Ли Ви Сяном из Департамента материаловедения и инженерии Колледжа дизайна и инженерии NUS (NUS CDE), обнаружила, что свет может вызвать новый механизм в каталитическом материале, широко используемом в электролизе воды, где вода расщепляется на водород и кислород. В результате получается более энергоэффективный метод получения водорода.
Этот прорыв был достигнут в сотрудничестве с доктором Си Шибо из Института устойчивого развития химических веществ, энергетики и окружающей среды Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR); Доктор Ю Чжигэн из Института высокопроизводительных вычислений при A*STAR; и доктор Ван Хао из Департамента машиностроения при NUS CDE.
«Мы обнаружили, что окислительно-восстановительный центр электрокаталитической реакции переключается между металлом и кислородом под действием света», — сказал доц. Проф. Сюэ. «Это значительно повышает эффективность электролиза воды».
Новое открытие потенциально может открыть новые и более эффективные промышленные методы производства водорода и сделать этот экологически чистый источник топлива доступным для большего числа людей и отраслей.
доц. Профессор Сюэ и его команда подробно описали свое открытие в исследовательской статье, опубликованной в журнале Nature 26 октября 2022 года.
Случайный прорыв
При нормальных обстоятельствах доц. Профессор Сюэ и его команда, возможно, не смогли обнаружить такое новаторское открытие. Но случайное отключение питания потолочных светильников в его лаборатории почти три года назад позволило им наблюдать то, что пока не удалось сделать мировому научному сообществу.
Тогда потолочные светильники в доц. Исследовательская лаборатория профессора Сюэ обычно была включена на 24 часа. Однажды ночью в 2019 году свет погас из-за отключения электроэнергии. Когда исследователи вернулись на следующий день, они обнаружили, что производительность материала на основе оксигидроксида никеля в эксперименте по электролизу воды, который продолжался в темноте, резко упала.
«Такого падения производительности никто раньше не замечал, потому что никто никогда не проводил эксперимент в темноте», — сказал доц. Проф. Сюэ. «Кроме того, в литературе говорится, что такой материал не должен быть светочувствительным, свет не должен влиять на его свойства».
Электрокаталитический механизм в электролизе воды является очень хорошо изученной темой, в то время как материал на основе никеля является очень распространенным каталитическим материалом. Следовательно, чтобы установить, что они были на грани открытия чего-то новаторского, доц. Профессор Сюэ и его команда приступили к многочисленным повторяющимся экспериментам. Они углубились в механику такого явления. Они даже повторили эксперимент за пределами Сингапура, чтобы убедиться, что их выводы непротиворечивы.
Через три года доц. Профессор Сюэ и его команда, наконец, смогли опубликовать свои выводы в статье.
Следующие шаги
С их выводами команда сейчас работает над разработкой нового способа улучшения промышленных процессов для производства водорода. доц. Профессор Сюэ предлагает сделать ячейки, содержащие воду, прозрачными, чтобы вводить свет в процесс расщепления воды.
«Это должно требовать меньше энергии в процессе электролиза, и это должно быть намного проще при использовании естественного света», — сказал доц. Проф. Сюэ. «Больше водорода может быть произведено за более короткий промежуток времени с меньшим потреблением энергии».
Пищевые компании используют газообразный водород для превращения ненасыщенных масел и жиров в насыщенные, из которых мы получаем маргарин и масло. Водород также используется для сварки металлов, так как он может создавать высокую температуру до 4000 градусов по Цельсию. Нефтяная промышленность использует газ для удаления серы из нефти.
Более того, водород потенциально может быть использован в качестве топлива. Давно рекламируемое как устойчивое топливо, водородное топливо не производит выбросов, поскольку сгорает при реакции с кислородом — воспламенение не требуется, что делает его более чистым и экологичным источником топлива. Его также легче хранить, что делает его более надежным, чем солнечные батареи.
доц. Профессор Сюэ рад, что выводы его группы исследователей могут внести вклад в научные открытия. Он считает, что путь развития науки заключается не в том, чтобы постоянно находить новые способы делать то, что уже сделано, а в том, чтобы постоянно расширять границы.
«Только путем накопления новых знаний мы можем постепенно улучшать общество», — сказал доц. Проф. Сюэ.
