Активный и стабильный фотокатализатор окисления воды на основе оксидов иридия для ускорения выделения кислорода из воды разработали ученые СО РАН из Института катализа (ИК) им. Г. К. Борескова и Института неорганической химии (ИНХ) им. А. В. Николаева, сообщило 9 августа издание СО РАН «Наука в Сибири» со ссылкой на пресс-службу ИК СО РАН.

Результаты работы исследователи обнародовали в статье «Высокоактивные промотированные видимым светом Ir/g — C₃N₄ фотокатализаторы реакции окисления воды, полученные из безгалогенного прекурсора иридия» в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Один из источников экологически чистого топлива — «зеленого» водорода — вода, и ее фотокаталитическое разложение с образованием водорода и кислорода является предметом исследования сибирских ученых.

Основной проблемой при расщеплении воды является медленная кинетика этого процесса. Ученые решают ее с помощью катализаторов.

Старший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Данила Васильченко рассказал:

«Нам удалось синтезировать стабильный комплекс иридия с нитро- и аква-лигандами, который далее мы использовали для получения композитных фотокатализаторов. Уникальность данного соединения заключается в отсутствии в его составе ионов хлора, которые могут снижать активность катализаторов. Кроме того, из данного соединения легко образуется активная форма иридия — достаточно нагревания при невысокой температуре».

Общая цель ведущихся командой разработок — создание катализаторов полного разложения воды.

«Ранее мы уже получили высокоактивные фотокатализаторы на основе графитоподобного нитрида углерода с нанесенной платиной для выделения водорода. Исследование процесса образования кислорода является продолжением работы», — пояснила руководитель проекта, замруководителя Центра НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» ИК СО РАН, доктор химических наук, профессор РАН Екатерина Козлова.

Теперь учеными созданы не только активные, но и стабильные фотокатализаторы получения кислорода с малым содержанием иридия — 0,25%.

Другим важным преимуществом новых фотокатализаторов является способность работать под действием видимого излучения, что делает его перспективным при использовании энергии солнца для разложения воды.

Кроме того, данный фотокатализатор гетерогенен (разнороден по структуре), что облегчает процесс отделения катализатора от реакционной смеси и его повторное использование. В отличие от обычных гомогенных катализаторов новый катализатор находится в смеси в суспендированном состоянии.

О практическом применении результатов проведенного исследования рассказал один из авторов статьи, студент Новосибирского государственного университета, сотрудник ИК СО РАН Николай Сидоренко:

«Водород из воды получить достаточно легко, но при помощи доноров, то есть добавления, например, органики, в частности, спиртов. Разложение же чистой воды на водород и кислород будет сильно удешевлять процесс, потому что ничего дополнительно добавлять не нужно».

Первым этапом работы ученых стал фотокатализатор получения водорода из воды, следующим — эффективный катализатор выделения кислорода, а последним должен стать этап создания «общего» катализатора для одновременного разложения чистой воды на водород и кислород, пояснил Сидоренко.

В планах ученых разработка технологии получения водорода с использованием солнечной энергии путем фотокаталитического разложения чистой воды и использования его, например, в качестве топлива для топливных элементов, чтобы получить замкнутый экологически чистый цикл:

водород питает топливные элементы, вырабатывающие электричество в электрохимической реакции между водородом и кислородом с образованием воды, которая затем снова используется для получения водорода.