Исследователи из США и Китая разработали простой и легкий метод для получения материалов на основе смешанных сульфидов цинка и кадмия; эти материалы способствуют образованию водорода в результате разложения воды при облучении видимым светом.

Новые материалы отличаются большей эффективностью, так как они поглощают свет в большем спектральном диапазоне, чем уже существующие.

Квантовые точки из селенида кадмия расширяют область
спектра, в которой фотокатализатор поглощает видимый
свет. (Рисунок из Green Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0gc00236d)

Фотокаталитическая конверсия солнечной энергии в энергию химическую, например, фотохимическое получение водорода является привлекательным альтернативным источником энергии, а также возможным способом решения проблем, связанных с экологическим и энергетическим кризисами. Обычные фотокатализаторы разложения воды, как, например, оксид титана, сульфид кадмия или сульфид цинка отличаются высокой стабильностью и отличной активностью, однако поглощают только ближний ультрафиолет, который представляет лишь 4% от энергии солнечного излучения. Для расширения рабочей области спектра в катализаторы можно вводить сокатализаторы на основе металлов платиновой группы, однако это увеличивает стоимость фотокатализатора и, следовательно процесса каталитического разложения воды.

Митек Яронич (Mietek Jaroniec) из Университета Кент (Огайо) и Цзягон Ю (Jiaguo Yu) из Технологического университета Вухань получили смешанные комплексы на основе сульфидов цинка и кадмия, легированные квантовыми точками из сульфида кадмия (CdS QDs), демонстрирующие высокую фотокаталитическую активность при облучении видимым светом без введения добавок дорогих благородных металлов.

Высокая каталитическая активность смешанного сульфида, легированного кадмийсульфидными квантовыми точками в разложении воды и получении водорода может быть связана с облегчением переноса электрона с CdS QD на субстрат. Исследователи получили смешанный твердый раствор с помощью простого гидротермического метода, способствующего комбинированию наночастиц ZnS и Cd(NO₃)₂. Благодаря тому, что замещение ионов Zn²⁺ на ионы Cd²⁺ термодинамически благоприятно, катионный обмен происходит достаточно легко.

Количественный анализ позволяет определить, что новый материал в 50 раз эффективнее в процессе фотокаталитического выделения водорода при облучении видимым и ультрафиолетовым светом, чем чистый сульфид кадмия, и более активен, чем легированный платиной сульфид цинка.

Макс Лю (Max Lu), специалист по чистой энергии и технологии защиты окружающей среды из Университета Квинсленда (Австрали) отмечает, что Яронич и Ю получили исключительные результаты, продемонстрировав, что квантовые точки на основе сульфида кадмия могут облегчать процесс фотокаталитического расщепления воды без применения добавок платины. Он добавляет, что если новая система продемонстрирует достаточную стабильность, она сможет увеличить производительность систем фотокаталитического получения водорода при облучении в широком спектральном диапазоне. В дальнейшем исследователи планируют получить новые каталитически активные материалы, в составе которых есть квантовые точки.

Источник: Green Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0gc00236d