Мария Воронова Инженеры Наньянского технологического университета в Сингапуре создали автономное устройство, которое под действием солнечного света расщепляет морскую воду, вырабатывает водород и одновременно нейтрализует токсичные промышленные отходы. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Классический электролиз требует много энергии, а в морской воде хлориды быстро разрушают электроды и образуют ядовитые хлорсодержащие газы. Сингапурские ученые изменили химию процесса. Вместо кислорода анод нового устройства окисляет гидразин – высокотоксичное вещество, часто загрязняющее промышленные стоки. Катализатор из железа, кобальта и хрома разлагает гидразин на безопасный азот и попутно дает дополнительный водород. Такая реакция отнимает значительно меньше энергии, чем расщепление чистой воды, и надежно защищает металл от коррозии.
Катод устройства ученые изготовили из галогенидного перовскита. Этот полупроводник поглощает солнечные лучи и генерирует электрический ток, благодаря чему установка обходится без внешнего питания. Перовскиты быстро деградируют во влажной среде, поэтому чувствительный слой заизолировали электропроводящей эпоксидной смолой, титановой фольгой и тончайшим напылением платины, ускоряющим образование водорода.
В ходе испытаний прототип стабильно проработал более 72 часов под искусственным и естественным солнечным светом. Плотность фототока составила 25 миллиампер на квадратный сантиметр, а водород выделялся со скоростью 466 микромолей на квадратный сантиметр в час. В отдельном тесте установка с увеличенной площадью за 30 часов снизила концентрацию гидразина в воде с 1,6% до 0,5 части на миллиард – это в двадцать раз чище нормы, разрешенной американским природоохранным регулятором EPA.
Пока система существует лишь в виде лабораторного концепта и решает строго узкую задачу: анод химически не способен работать в чистой воде и требует обязательного присутствия гидразина. Кроме того, инженерам предстоит подтвердить, что защищенный перовскит со свинцом безопасен при долгой эксплуатации и не станет сам источником загрязнения. Сейчас авторы разработки совершенствуют сбор газа и тестируют катализаторы, способные нейтрализовать другие виды промышленных стоков.
