29.03.2017
Использование солнечного света для совершения различных химических реакций, таких, к примеру, как искусственный фотосинтез, вскоре может стать гораздо более эффективным делом, благодаря применению наноматериалов. Такой вывод сделали в ходе проведенного исследования ученые кафедры физики Имперского колледжа Лондона. Они заявили, что именно наноматериалы помогут улучшить технологии использования солнечной энергии для таких целей, как, например, применение солнечного света для нейтрализации вреда от опасных химических веществ. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Солнечный свет используется для реализации многих химических реакций, которые без него просто не пойдут. Например, диоксид углерода и вода обычно не реагируют, но в процессе фотосинтеза, растения поглощают эти два химических вещества и, используя солнечный свет, производят кислород и сахар.
Эффективность такой реакции должна быть достаточно высокой, ведь большая часть энергии от солнечного света перейдет на химическую реакцию. Но пока ученым не удалось успешно воспроизвести этот процесс в искусственно созданных системах.
Одна из причин – тот факт, что многие молекулы, участвующие в этой реакции, не способны самостоятельно и эффективно поглощать солнечный свет. Они нуждаются в фотокатализаторах - материалах, которые эффективно поглощают, а затем передают энергию молекулам, для управления реакциями.
На рисунке - наночастицы золота, химически управляемые внутри наноантенны. Изображение предоставлено E Cortes
Применение наноматериалов позволит сделать более эффективными в первую очередь солнечные панели – они будут продуктивнее «впитывать» солнечную энергию. Фотокатализаторы можно будет использовать для нейтрализации жидких либо газообразных загрязняющих веществ, таких как, к примеру, пестициды. Солнечный свет сможет запустить реакцию, преобразующую их в менее вредные формы.
Доктор Эмилиано Кортес, ведущий специалист Департамента физики Имперского колледжа, сказал: «Это изобретение открывает новые возможности для повышения эффективности использования и хранения солнечного света. Еще одна возможность – это уничтожение молекул загрязняющих веществ, с целью очистки воды и других сред».
Команда, в которую также вошли ученые кафедры химии Университета Дуйсбург-Эссен в Германии, под руководством профессора Себастьяна Шлукера, и теоретики из Гарвардского университета, США, сумела также доказать, что светоиндуцированные химические реакции происходят в некоторых сферах за пределами самих наноматериалов.
Они определили, какие именно слои наноматериала будут передавать энергию более эффективно. Это удалось путем отслеживания местоположения очень маленьких наночастиц золота (используемых в качестве маркеров) на поверхности наноматериала из серебра.
Теперь, когда ученые знают, какие именно участки отвечают за процесс сбора света и передачу его для запуска химической реакции, они надеются создать наноматериал, еще более эффективный с этой точки зрения.
Новая разработка ученых Великобритании, Германии и США – это новые, удивительные возможности в самых разных сферах. Самая очевидная и реальная перспектива, в энергетической сфере – это еще более продуктивные солнечные модули. А еще - новые возможности в сфере фотокатализа и нанохимии