Физики и химики из Австралии разработали необычный катализатор, пленки из которого могут высасывать пары воды из воздуха и разлагать их на водород и кислород.

«Сегодня большинство ученых сосредоточило свои усилия на создании систем и катализаторов, расщепляющих воду в жидком виде. Подобный подход налагает массу ограничений и мешает снижению стоимости водорода и повышению КПД катализаторов. Многие из этих проблем можно решить, разлагая пары воды, а не ее молекулы в растворах и электролитах», — заявил Торбен Дэнеке из университета RMIT в Мельбурне.

За последние годы физики создали множество расщепителей воды, которые разлагают молекулы воды на кислород и водород при помощи света или электрического тока, наиболее удачные версии которых только приближаются к коммерческой рентабельности. Кроме того, подобные катализаторы в большинстве случаев или разрушаются, или загрязняются при расщеплении воды, что вынуждает ученых разрабатывать далеко не бесплатные методики их регенерации.

Дэнеке и его коллеги нашли способ решить обе этих проблемы, экспериментируя с необычными катализаторами на базе соединений молибдена и серы. Эти вещества, как рассказывают ученые, их коллеги уже достаточно давно пытаются приспособить для расщепления жидкой воды при помощи света, однако никто до настоящего времени не изучал, как они ведут себя на воздухе.

Изучая свойства сульфида молибдена, ученые заметили, что это вещество хорошо вбирает в себя пары воды из воздуха, которые впоследствии куда-то бесследно исчезали. Проследив за процессами внутри кристаллов и молекул этого катализатора, авторы статьи обнаружили, что они могут присоединять к себе молекулы воды, отрывать от них кислород и выделять чистый водород и кислород при облучении светом.

Скорость подобного извлечения воды и ее расщепления можно заметно повысить, если нанести наночастицы сульфида молибдена на прозрачную и плоскую поверхность, такую как стекло. Руководствуясь этой идеей, ученые превратили этот катализатор в полупрозрачную «краску» для окон, смешав его с наночастицами оксида титана.

Подобные покрытия, как отмечают физики, могут вырабатывать водород в любых условиях и в любом месте на Земле, где светит Солнце и воздух содержит хотя бы минимальную долю водных паров. Эффективность работы подобных «топливных окон» можно улучшить, заменив наночастицы титана на частицы кремния или других полупроводников, лучше поглощающих свет, или поместив молекулы катализатора в трехмерную решетку, хорошо пропускающую излучение светила.

Помимо производства возобновляемого топлива, подобные краски и другие материалы на базе сульфида молибдена можно применять для создания высокочувствительных датчиков влажности и систем осушения воздуха, работающих сами по себе, не требуя внешнего источника энергии и замены расходных материалов.

Источник ACS Nano