Komercyjne i na masową skalę rozdzielanie cząsteczek wody przy pomocy promieni słonecznych to odległa pieśń przyszłości, ale nie oznacza to, że badacze na całym świecie nie pracują nad znalezieniem najlepszej metody. Uczeni z Chin opublikowali na łamach Nature Energy wyniki prac na systemem, którego wydajność kwantowa osiągnęła powyżej 100 proc. Czy jest to powód do radości?
Czytaj też: Nie taki wodór „zielony”, jak go malują. Badacze studzą oczekiwania co do paliwa przyszłości
Wewnętrzna wydajność kwantowa jest jednym z ważniejszych parametrów świadczących o tym, że dane urządzenie skutecznie przetwarza energię słoneczną na rzecz produkcji wodoru. Pojęcie to jest określane przez stosunek liczby pochłoniętych fotonów do dwukrotności ilości wytworzonego wodoru. Wartość powyżej 100 proc. jest gwarantem do tego, aby osiągnąć w dalszej kolejności wyższą sprawność konwersji energii. Przypomnijmy, że systemy fotokataliczne będzie można zastosować w praktyce do produkcji wodoru, jeśli będą wytwarzać H2 ze sprawnością co najmniej 10 proc.
Wodór jako produkt rozszczepienia cząsteczki wody przy pomocy światła? To jest możliwe
Naukowcy w niniejszym badaniu przyjrzeli się bardzo ciekawemu efektowi MEG (multiple exciton generation, generowanie wielu ekscytonów), w którym co najmniej dwie pary elektron-dziura są wytwarzane w wyniku pochłaniania jednego fotonu o wysokiej energii. MEG, zdaniem uczonych, może zwiększyć wydajność urządzeń pochłaniających światło.
Został stworzony wobec tego model fotokatalizatora z kropki kwantowej tellurku kadmu i siarczku indu domieszkowanego wanadem. Posiada on wbudowane pole elektryczne i taką sterowalną strukturę, która umożliwi wystąpienie efektu MEG. Badaczom udało się w tym prototypie osiągnąć 14-krotne wzmocnienie natężenia pola elektrycznego.
Czytaj też: Dzięki tej platformie wodór będzie powstawał na rekordowo dużą skalę
Dla długości fali wzbudzenia wynoszącej 350 nanometrów fotokatalizator prezentował wewnętrzną wydajność kwantową rzędu 114 proc. za pomocą efektu generowania wielu ekscytonów. Warto zwrócić uwagę, że pomimo przekroczenia zakładanej wartości 100 proc. sprawność konwersji energii słonecznej na wodór w całym systemie wyniosła zaledwie 1,31 proc. Zatem jeszcze wiele pracy przed naukowcami, aby poprawić ten parametr co najmniej kilkukrotnie.
