Производство водорода из солнечного света считается одним из самых перспективных направлений альтернативной энергетики.
Исследователи из Йельского университета разработали технологию, которая позволяет в реальном времени наблюдать, как солнечный свет превращается в топливо. Система отслеживает работу фотокатализатора, материала, который под действием света запускает химическую реакцию и расщепляет воду на водород и кислород. При этом ученые могут видеть, как внутри материала движутся электроны и так называемые «дырки» — области с нехваткой электронов, отвечающие за перенос заряда. Все процессы фиксируются на наноуровне, то есть на масштабе отдельных структур вещества.
Пространственное разрешение достигает 10 нм. Эксперименты показали четкое разделение между двумя химическими процессами — восстановлением и окислением. В системе на основе платины и легированного ниобием диоксида титана катодные и анодные участки находятся на расстоянии около 150 нм друг от друга. В отдельных точках на поверхности материала зафиксировали разное электрическое напряжение: примерно −0,53 и +0,58 В относительно условной точки отсчета (электрода сравнения). Это показывает, что на поверхности возникают участки с разным зарядом, что важно для протекания реакции.
Команда создала установку, которая одновременно измеряет электрический ток и напряжение. Для этого ученые сделали тонкий кварцевый зонд с встроенной платиновой проволокой толщиной всего в несколько нанометров, с таким наконечником можно работать на уровне отдельных структур материала. Система фиксирует, сколько электронов проходит через поверхность (ток), и какое напряжение заставляет их двигаться. Основная сложность заключалась в том, чтобы аккуратно подвести зонд к поверхности, он должен касаться ее для измерений, но при этом не повредить материал и сохранять точное положение.
Источник: hi-tech.mail.ru