Nowy układ fotokatalityczny pozyskuje wodór z cząstek wody
W układach fotoelektrochemicznych wodór jest wytwarzany przez wyspecjalizowane półprzewodniki, które wykorzystują światło do dysocjacji cząsteczek wody na tlen i wodór. Materiały półprzewodnikowe wykorzystywane do tej pory do przekształcania energii słonecznej w chemiczną w postaci wodoru są podobne do tych stosowanych w fotoogniwach do generowania energii słonecznej. Istnieje jednak pewna ważna różnica. W przypadku fotoelektrochemicznego rozpadu wody elektroda półprzewodnika jest zanurzona w elektrolicie na bazie wody. Organiczne półprzewodniki są bardziej wydajne i tańsze od materiałów nieorganicznych, lecz ulegają korozji w kontakcie z wodą. Finansowany przez UE projekt PHOCS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Photogenerated hydrogen by organic catalytic systems) miał na celu połączyć absorpcję światła na poziomie półprzewodników organicznych z możliwościami przekazywania ładunku, jakie cechują półprzewodniki nieorganiczne. Badacze z projektu PHOCS nanieśli warstwę tlenku tytanu o grubości w skali nanometra na światłoczuły materiał, który działa jak bariera między wodą a organicznym półprzewodnikiem. Ponadto metaliczny nanomateriał zapewnił kontakt elektryczny między elektrodami a zastosowanym platynowym katalizatorem. W ten sposób fotoelektrochemiczny układ do pozyskiwania światła staje się bardziej stabilny w środowisku wodnego elektrolitu. Jednym z wyzwań projektu PHOCS było wykazanie, że materiały organiczne mogą zostać wykorzystane do fotoelektrochemicznego uzyskiwania wodoru. Dzięki nowemu urządzeniu możliwe było uzyskiwanie wodoru przez trzy godziny, co potwierdza stabilność procesu, której wcześniej nie można było osiągnąć. Wreszcie zbudowano urządzenie na dowód słuszności koncepcji, a tym samym skutecznie zrealizowano wyznaczone cele projektu PHOCS w zakresie efektywności fotokonwersji. Urządzenie wyraźnie pokazało, jak organiczne i nieorganiczne połączenia hybrydowe, wykonane tanią techniką dającą się łatwo zastosować na większą skalę, mogą skutecznie wesprzeć produkcję wodoru przy użyciu światła widzialnego, słonej wody i nieszlachetnych katalizatorów. Organiczno-nieorganiczne układy mogą być również wykorzystane w innych fotoelektrochemicznych procesach, np. w redukcji dwutlenku węgla. Zaproponowano, aby nowo zsyntetyzowane fulereny wsparły reakcje redukcji tlenu wolnego od metali ciężkich. Wyniki PHOCS mogą być wykorzystane w powiązanych dziedzinach, takich jak fotowoltaika, organiczna bioelektronika, fotodetekcja w trudnych warunkach oraz techniki przetwarzania nieorganicznych nanostruktur. Oczekuje się, że badania projektu PHOCS przyczynią się do przejścia od bieżącego modelu energii na bazie paliw kopalnych do bardziej zrównoważonego modelu, który jest przyjazny dla środowiska.
