Металлоорганические соединения (МОС) — одни из наиболее полезных и разносторонних материалов благодаря своей структурной универсальности, высокой пористости и удивительным оптическим и электронным свойствам.

Сегодня материаловеды активно испытывают МОС для различных химических применений. Одно из них — фотокатализ — процесс, при котором светочувствительный материал раздражается светом. Абсорбированная излишняя энергия смещает электроны с их атомных орбит, оставляя вместо них «электронные дыры». Произведение пары таких электронных дыр — важная составляющая в любом энергетическом процессе, зависящем от света. В этом случае он позволяет МОС воздействовать на различные химические реакции.

Команда ученых из Федеральной политехнической школы Лозанны разработала систему на основе МОС, способную производить два типа фотокатализа одновременно: производство водорода и очищение воды от загрязнителей. Материал состоит из дешевого фосфида никеля (Ni2P) и, как выяснилось, обеспечивает эффективный фотокатализ при видимом свете. Проведенная работа описана в статье журнала Advanced Functional Materials.

Одновременная фотокаталитическая генерация водорода и деградация красителя при помощи чувствительного к видимому свету металлоорганического соединения / © Alina-Stavroula Kampouri/EPFL

Первый тип фотокатализа — производство водорода — связан с реакцией, известной как «расщепление воды». Как следует из названия, она расщепляет молекулы воды на их составляющие: водород и кислород.

Второй тип фотокатализа называют «деградацией органических загрязнителей»: он разрушает загрязнители, присутствующие в воде. Ученые изучили эту новаторскую систему фотокатализа на основе МОС, разрушив токсичный краситель родамин Б, часто используемый для симуляции органических загрязнителей.

Специалисты провели оба теста последовательно и продемонстрировали, что фотокаталитическая система на основе МОС способна интегрировать фотокаталитическое производство водорода с деградацией родамина Б одновременно. Это значит, что теперь можно использовать фотокаталитическую систему и для очищения воды от загрязнителей, и для производства водорода, который можно применять в качестве топлива.

«Эта фотокаталитическая система без благородных металлов сдвигает область фотокатализа на шаг ближе к практическому «солнечному» применению и демонстрирует большой потенциал МОС в этой области», — говорит руководитель исследования Кириакос Стилиану.