Инженеры разработали активируемый светом наноматериал для водородной экономики. Исследователи из Принстонского университета и университета Райса объединили железо, медь и обычный светодиод для создания недорогой технологии производства водорода. Метод, предложенный учеными, не требует экстремальных температур или дорогих катализаторов для преобразования аммиака в зеленое топливо.

Промышленные предприятия часто расщепляют аммиак при высоких температурах, используя в качестве катализаторов широкий спектр катализаторов, то есть материалов, которые ускоряют химическую реакцию. Предыдущие исследования показали, что температуру процесса можно снизить с помощью рутения, но этот материал стоит слишком дорого.

Для оптимизации процесса химики использовали достижения плазмоники. Это относительно новая область, которая исследует сочетание крошечных металлических наноструктур и света. Направляя свет на структуры размером менее одной длины волны, инженеры манипулируют свойствами материала. В данном случае ученые использовали свет для возбуждения электронов в железных наночастицах.

Реакционная ячейка (слева) и фотокаталитическая платформа (справа), используемые при испытаниях медно-железных плазмонных фотокатализаторов для производства водорода из аммиака. Вся энергия реакции для катализа исходила от светодиодов, излучающих свет с длиной волны 470 нанометров. Изображение: Syzygy Plasmonics, Inc., Rice University

Для работы плазмоники подходят только определенные типы металлов, например, медь, золото или серебро. Ученые добавили к железным частицам атомы меди, чтобы создать крошечные наноструктуры. При этом медь выступает в качестве антенны, которая улавливает свет от светодиода. А атомы железа, встроенные в медь, действуют как катализаторы для ускорения реакции, управляемой электронами, возбужденными воздействием света.

В серии экспериментов ученые показали, что этот метод подходит для получения водорода из аммиака. При этом для работы требуется только свет от энергосберегающих светодиодов, работающих при комнатной температуре без дополнительного нагрева. Исследователи говорят, что процесс масштабируется. Ученые продолжат исследовать альтернативные катализаторы, чтобы еще больше повысить эффективность процесса и снизить его стоимость.