«Искусственные листья» научили добывать водород из грязной морской воды — для этого нужен только солнечный свет

Учёные из Наньянского технологического университета (Nanyang Technological University) в Сингапуре разработали «искусственный лист» — фотоэлектрохимическое устройство, которое одновременно производит водород из морской воды и удаляет из неё токсичный промышленный загрязнитель гидразин. Система работает непосредственно от солнечного света и не требует внешнего источника электроэнергии.

В отличие от обычного электролиза, где на аноде образуется кислород, в представленном учёными устройств анодная реакция связана с разложением гидразина на водород и азот. Это требует меньше энергии и одновременно позволяет получать дополнительный водород.

Ключевым элементом устройства стал фотокатод на основе свинецсодержащего галогенидного перовскита, преобразующий солнечный свет в электрический ток. Для защиты от разрушения в морской воде его покрыли и титановой фольгой и проводящим эпоксидным композитом с частицами серебра и меди. Анод содержал катализатор на основе железа, кобальта и хрома, устойчивый к коррозии. Такой подход одновременно подавлял образование токсичных соединений хлора, которые являются одной из главных проблем при прямом электролизе морской воды.

В экспериментах с искусственной и настоящей морской водой фотокатод продемонстрировал плотность фототока 25 мА/см². При освещении, соответствующем интенсивности солнечного света у поверхности Земли в ясный день, устройство сохраняло стабильную работу более 72 часов и обеспечивало скорость образования водорода 466 мкмоль/(см²·ч). Одновременно с этим концентрация гидразина за 30 часов снизилась с 0,5 моль (около 1,6 % по массе) до всего 0,5 части на миллиард — это более чем в 20 раз ниже предельного уровня в 10 частей на миллиард, установленного Агентством по охране окружающей среды США.

Учёные считают, что концепцию можно развивать не только для очистки воды от гидразина. Следующим этапом они намерены создавать катализаторы для удаления других загрязнителей и одновременно превращать отходы в полезные продукты — топливо и промышленное сырьё.