Металлы платиновой группы можно заменить на нанокомпозитные материалы из дисульфида вольфрама и оксида цинка при производстве водорода. Такой вывод сделали ученые из Томского политехнического университета по итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials
Ключевой задачей исследования было получение более дешевой альтернативы металлам платиновой группы, которые используются в качестве электрода в электролизерах для разделения воды на кислород и водород с помощью ВИЭ. В качестве базового материала был выбран оксид цинка (ZnO), который широко применяется в фотокаталитических устройствах. Частицы ZnO сами по себе не могут в полной мере обеспечить перенос электронов, необходимых для расщепления молекулы воды. Однако ZnO можно модифицировать и преобразовывать в наноструктуры, обладающие хорошими полупроводниковыми и оптоэлектронными свойствами.
Ученые провели синтез нанокомпозитных материалов из дисульфида вольфрама и оксида цинка (WS2–ZnO). «Синтез наноструктур WS2–ZnO осуществлялся методом электроискровой эрозии гранул цинка в водных растворах перекиси водорода с одновременным добавлением в зону реакции наноструктурированного порошка WS2. Ранее этот метод не применяли для изготовления наногетероструктур WS2–ZnO», – цитирует Томский политех Дамира Валиева, доцента Инженерной школы новых производственных технологий.
Авторы нанесли полученный материал на электрод фотоэлектрохимической ячейки, а затем облучили ее потоком света от ксеноновой лампы, имитировавшей естественный солнечный свет. Такой эксперимент был необходим, чтобы оценить роль рабочего электрода, покрытого WS2–ZnO, в фототоке от фотоэлектрохимической ячейки. В результате реакции на противоэлектроде выделялся газообразный водород, а на рабочем электроде – кислород.
«Результаты исследований показали, что полученные наноструктуры WS2–ZnO обладают хорошим потенциалом для использования в качестве фотоанодного материала для фотоэлектрохимического расщепления воды с целью получения водорода», – приводит Томский политех слова Валиева.