Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vyrábět efektivně vodík fotokatalýzou vody znamená získat „zelený“ zdroj energie. Reakce ale samozřejmě neprobíhá jen tak sama od sebe (voda na světle se nerozloží), vyžaduje speciální (foto)katalyzátory. Již se ví, že tuto roli mohou sehrát různé formy oxidu titaničitého (TiO2).
Problém je ale v tom, že efektivita této reakce není valná a katalyzátor navíc v pracovních podmínkách není příliš stabilní. Komerční nasazení těchto technik tak zatím nemá smysl.
Michel Barsoum a Hussein O. Badr z Drexler Univerzity a jejich spolupracovníci z bukurešťského National Institute of Materials Physics nyní vyvinuli novou formu TiO2 v podobě jednorozměrného nanovlákna. Tato struktura TiO2 má spadat mezi tzv. hydroxides-derived nanostructures a výzkumníci ji původně získali při snaze vyrobit úplně jiný materiál, Mxeny (a jedním z reaktantů byla organická báze tetramethylamonium hydroxid, odtud zařazení do skupiny nanostruktur odvozených od hydroxidů). Namísto toho ale vznikla vlákna TiO2.
Fotokatalytické vlastnosti pěti různých takto připravených produktů pak autoři výzkumu porovnali s oxidem titaničitým společnosti Evonik Aeroxide (tzv. P25), který byl pokládán za dosud nejpokročilejší formu, která má nejblíže komerčnímu nasazení. Každý materiál byl ponořen do roztoku vody a metanolu a vystaven ultrafialovému a viditelnému světlu, které napodobovalo sluneční spektrum. Výzkumníci měřili jak množství vyrobeného vodíku a dobu trvání aktivity fotokatalyzátoru, tak i počet zachycených fotonů. Všech 5 nových materiálů bylo účinnější než P25, jedna forem dokonce produkovala 10krát víc vodíku. Toto zlepšení je samo o sobě poměrně významné, uvádí tým, ale ještě podstatnějším zjištěním bylo, že katalyzátor zůstal aktivní i po více než 180 dnech vystavení simulovanému slunečnímu záření. Jinak se životnost fotokatalyzátorů TiO2 rozkládajících vodu pohybuje řádově v hodinách, maximálně trvá pár dnů.
Samozřejmě nové materiálů bude třeba podrobněji prozkoumat, aby se ukázalo, na čem se jejich vlastnosti vůbec zakládají; pak by jejich příprava i další úpravy měly umožnit ještě větší optimalizaci.
Za zmínku v této souvislosti ještě stojí, proč je namísto čisté vody použita směs s methanolem. Má to být kvůli tomu, že další látka brání, aby reakce vzápětí proběhla opačným směrem (u fotokatalytických reakcí běžný problém). Určitě stojí za prozkoumání, zda by ale jiná přísada nebyla v tomto smyslu ještě vhodnější.
Příslušné materiály na bázi oxidu titaničitého mohou mít navíc i další využití, zmiňují na např. perovskitové solární články, ale i Li-Ion nebo lithium-sirné baterie, eventuálně aplikace spojené s čištěním vody.
Autoři výzkumu již pro komercionalizaci nových fotokatalyzátorů založili také příslušný start-up.
Hussein O. Badr et al, Photo-stable, 1D-nanofilaments TiO2-based lepidocrocite for photocatalytic hydrogen production in water-methanol mixtures, Matter (2023). DOI: 10.1016/j.matt.2023.05.026
Zdroj: Drexel University / TechXplore.com
