Дослідники з наукового центру у Россендорфі запропонували новий підхід, який дозволяє точніше прогнозувати властивості матеріалів для фотокаталізу — процесу, де сонячне світло використовується для запуску хімічних реакцій. Про це повідомляє ScienceDaily.
Йдеться про полігептазинові імiди — матеріали з класу вуглецевих нітридів. Вони відрізняються від, скажімо, графену тим, що здатні поглинати видиме світло, а отже, можуть використовуватися для перетворення сонячної енергії на хімічну. Це важливо для технологій на кшталт отримання водню з води або переробки вуглекислого газу.
Ключова проблема таких матеріалів — втрата енергії. Коли світло збуджує електрони, вони швидко повертаються назад у вихідний стан, і реакція не відбувається. Дослідники з’ясували, що додавання позитивно заряджених іонів металів у структуру матеріалу допомагає краще розділяти ці заряди і зберігати енергію для подальших реакцій.
Щоб зрозуміти, які саме комбінації працюють найкраще, команда змоделювала вплив 53 різних металів. Для цього використали складні обчислювальні методи, які враховують поведінку матеріалу саме під дією світла.
Моделювання показало, що іони металів змінюють внутрішню структуру матеріалу, а разом із нею і здатність поглинати світло та проводити електрони. Ці зміни безпосередньо впливають на ефективність фотокаталізу.
Отримані результати перевірили експериментально: вісім матеріалів із різними металами синтезували в лабораторії та протестували. Вони показали високу відповідність прогнозам і кращу точність порівняно з традиційними моделями.
У перспективі це може мати практичне значення для енергетики й промисловості: дешевше виробництво «зеленого» водню як альтернативного палива, ефективніші способи переробки вуглекислого газу та створення базових хімічних речовин без прив’язки до корисних копалин. Якщо такі матеріали вдасться масштабувати, це може стати одним із кроків до більш стійкої енергетики, де сонячне світло використовується не лише для генерації електрики, а й для синтезу палива та хімії.
