Група дослідників з Національного університету Сінгапуру (NUS) зробила несподіване наукове відкриття, яке потенційно може революціонізувати спосіб розкладання води із виділенням газоподібного водню — елемента, що має вирішальне значення для багатьох промислових процесів.
Команда, очолювана доцентом Сюе Цзюнь Мінем, доктором Ван Сяопіном та доктором Вінсентом Лі Ві Сяном з Департаменту матеріалознавства та інженерії Коледжу дизайну та інженерії NUS (NUS CDE), виявила, що світло може викликати новий механізм у каталітичному матеріалі, що широко використовується в електролізі де вода розщеплюється на водень та кисень. В результаті виходить енергоефективніший метод отримання водню.
Цей прорив було досягнуто у співпраці з доктором Сі Шибо з Інституту сталого розвитку хімічних речовин, енергетики та навколишнього середовища Агентства з науки, технологій та досліджень (A*STAR); Доктор Ю Чжиген з Інституту високопродуктивних обчислень у A*STAR; та доктор Ван Хао з Департаменту машинобудування у NUS CDE.
“Ми виявили, що окислювально-відновний центр електрокаталітичної реакції переключається між металом і киснем під дією світла”, – сказав доц. Проф. Сюе. “Це значно підвищує ефективність електролізу води”.
Нове відкриття потенційно може відкрити нові та більш ефективні промислові методи виробництва водню та зробити це екологічно чисте джерело палива доступним для більшої кількості людей та галузей.
доц. Професор Сюе та його команда докладно описали своє відкриття у дослідницькій статті, опублікованій у журналі Nature 26 жовтня 2022 року.
Випадковий прорив
За нормальних обставин доц. Професор Сюе та його команда, можливо, не змогли виявити таке новаторське відкриття. Але випадкове відключення живлення стельових світильників у його лабораторії майже три роки тому дозволило їм спостерігати те, що поки що не вдалося зробити світовій науковій спільноті.
Тоді стельові світильники у доц. Дослідницька лабораторія професора Сюе була включена на 24 години. Якось уночі в 2019 році світло згасло через відключення електроенергії. Коли дослідники повернулися наступного дня, вони виявили, що продуктивність матеріалу на основі нікелю оксигидроксида в експерименті з електролізу води, який тривав у темряві, різко впала.
“Такого падіння продуктивності ніхто раніше не помічав, тому що ніхто ніколи не проводив експеримент у темряві”, – сказав доц. Проф. Сюе. «Крім того, в літературі говориться, що такий матеріал не повинен бути світлочутливим, світло не повинно впливати на його властивості».
Електрокаталітичний механізм електролізу води є дуже добре вивченою темою, в той час як матеріал на основі нікелю є дуже поширеним каталітичним матеріалом. Отже, щоб встановити, що вони були на межі відкриття чогось новаторського, доц. Професор Сюе і його команда приступили до численних експериментів, що повторюються. Вони заглибилися у механіку такого явища. Вони навіть повторили експеримент поза Сінгапуру, щоб переконатися, що їхні висновки несуперечливі.
Через три роки доц. Професор Сюе та його команда нарешті змогли опублікувати свої висновки у статті.
Наступні кроки
З їхніми висновками команда зараз працює над розробкою нового способу покращення промислових процесів для виробництва водню. доц. Професор Сюе пропонує зробити осередки, що містять воду, прозорими, щоб вводити світло у процес розщеплення води.
“Це має вимагати менше енергії в процесі електролізу, і це має бути набагато простіше при використанні природного світла”, – сказав доц. Проф. Сюе. “Більше водню може бути вироблено за більш короткий проміжок часу з меншим споживанням енергії”.
Харчові компанії використовують газоподібний водень для перетворення ненасичених олій та жирів на насичені, з яких ми отримуємо маргарин та олію. Водень також використовується для зварювання металів, оскільки він може створювати високу температуру до 4000 градусів за Цельсієм. Нафтова промисловість використовує газ видалення сірки з нафти.
Більш того, водень потенційно може бути використаний як паливо. Давно рекламоване як стійке паливо, водневе паливо не виробляє викидів, оскільки згоряє при реакції з киснем — спалах не вимагається, що робить його чистішим та екологічнішим джерелом палива. Його також легше зберігати, що робить його надійнішим, ніж сонячні батареї.
доц. Професор Сюе радий, що висновки його групи дослідників можуть зробити внесок у наукові відкриття. Він вважає, що шлях розвитку науки полягає не в тому, щоб постійно знаходити нові способи робити те, що вже зроблено, а в тому, щоби постійно розширювати кордони.
“Лише шляхом накопичення нових знань ми можемо поступово покращувати суспільство”, – сказав доц. Проф. Сюе.
