Даниель Насера и его коллеги из Гарвардского университета (США) при поддержке фонда Climate Change Solutions создали эффективный способ выработки энергии, основанный на использовании силы света и разрыва молекул воды.

Концепция "искусственного листа" заключается в создании достаточно простого и дешевого устройства, которое будет использовать силу света, чтобы разбивать молекулы воды и генерировать два мощных вида топлива – водород и кислород. На практике идея столкнулась с рядом препятствий. Основной сложностью было расположение катализаторов на пластине кремния, что могло вызвать реакцию. Но все должно измениться в ближайшее время.

Используя электрохимические процессы травления, Даниель Насера, профессор энергетики из Гарварда, и его коллеги разработали схему, которая позволяет получать энергию за считанные минуты. Другим технологиям для этого требуются недели.

Реактивная схема конфигурации, созданная с помощью литографической электрохимии, позволяет предельно тщательно управлять всем процессом работы. Таким образом, физики смогут создавать фотонные структуры для контроля света, попадающего на устройство, и повысить общую эффективность. Новая схема была опубликована в журнале Американского химического общества и трудах Национальной академии наук.

"Это то, что я бы назвал экономными инновациями. Мы назвали данную технологию RIPPLE (от англ. Ripple – рябь, пульсация – прим. авт.), потому что она создает узор, похожий на круги на воде, когда бросают камешек. Этот метод очень прост: мы берем кремний, покрываем его специальным катализатором и спустя несколько минут можем работать над его схемой с помощью стандартной электрохимической техники", – говорит Даниель Насера.

Этот проект стал одной из семи научно-исследовательских работ, которые получили поддержку фонда Climate Change Solutions. Фондом руководит президент Гарвардского университета Дрю Фауст. Организация с бюджетом в 20 млн долларов была создана для того, чтобы стимулировать развитие решений в области возобновляемых источников энергии и ускорить переход от ископаемых видов топлива. "Устройство уже работает, – заявляет Насера, – проект находится на заключительном этапе разработки, и меня очень радует, что наша идея стала реальностью". Способность вызывать процессы катализа на кремниевой основе с помощью использования фосфата кобальта для образования кислорода и никель-цинкового сплава для водорода крайне важна в данных условиях, говорит доктор Насера.

"В текущей схеме работы используется плоский кремний и полное покрытие катализатором, поэтому свет должен пройти через катализатор, что вызывает определенные потери в энергии. Используя нашу технологию, мы смогли получать раздельные участки чистого кремния и катализатора, что значительно повышает общую эффективность системы. Кроме того, новая технология позволяет покрывать относительно большие площади, чем существующие технологии нанопокрытия", – рассказал Насера.

По иронии судьбы открытие инновационного метода произошло почти случайно. В то время в Гарварде пытались создать мощное электрическое поле для выборочного нанесения катализатора на кремний. Однако во время контрольного эксперимента было замечено, что после определенных процессов кремний легко поддается воздействию и без сильного электрического поля.

Механизм работы еще не полностью исследован, но Насера и его коллеги уже могут поддерживать точный контроль над процессом моделирования любых узоров на кремниевых подложках. "Это феноменально. Мы пока еще не вполне понимаем механизм работы, – объясняет Насера, – но мы понимаем, как управлять им, поэтому мы можем точно настроить расстояние между узорами и создать все условия для работы искусственного листа".

Фотографии в статье: