Создание прочных нанокатализаторов из специально разработанных металлоорганических каркасов позволит улучшить хранение солнечной энергии благодаря расщеплению воды.
Фотовольтаические ячейки становятся более эффективными источниками генерации экологически чистого возобновляемого электричества, но их необходимо сочетать с эффективными методами хранения энергии. Один из самых лучших способов сделать это — преобразовать электрическую энергию солнца в химическую, которая затем может храниться и высвобождаться, например, путем электролиза воды. Это включает разделение воды на ее составные части и использование полученного кислорода и водорода для выработки электричества, когда это необходимо.
Для разделения воды требуются тщательно разработанные, долговечные катализаторы. Международная команда ученых во главе с Мохамедом Алкорди из египетского Zewail City of Science and Technology разработала новый метод создания гибридных наночастиц/графеновых катализаторов на основе микропористых металлоорганических каркасов (MOF).
MOF представляют собой синтетические соединения, состоящие из кластеров ионов металлов, связанных органическими лигандами. Посредством воздействия на MOF экстремального тепла, их химическая структура может быть изменена для создания наночастиц на основе металлов для использования в качестве катализаторов. Новый подход «одного банка», использованный командой Алкорди, устраняет необходимость в этой энергоемкой трансформации и использует широко распространенный и недорогой материал графена в качестве составляющей.
Исследователи нанесли микропористый МОФ на основе циркония на сверхтонкие графеновые листы, затем добавили ионы никеля в композит. Далее они погрузили композит в щелочной раствор и пропустили через него электрический ток, вызывая химическую реакцию для реструктурирования композита в наночастицы гидроксида никеля, осажденные на основе графена. Эти наночастицы оказались исключительно активными катализаторами расщепления воды.
— Эта повышенная каталитическая активность и долговечность являются следствием нашей оптимизированной композиции, а именно активных ионов никеля и электропроводящей поддержки графена, — отметил Алкорди.