Теперішня цивілізація має одною із своїх ключових задач вироблення енергії без шкоди для довкілля. Такі корисні копалини як нафта і газ, безумовно, приносять користь людині, та спустошують океани і сушу, забруднюють нашу планету. Та через декілька десятків років населення Землі досягне позначки в 10 мільйонів, і практично кожній людині з цих десяти мільйонів потрібна буде енергія.
Так, чисті альтернативні джерела палива стають питанням виживання. У своїй роботі вчені з Університету штату Арізона розробили системи, що поєднують технології захоплення і конверсії світла з хімічними методами зберігання енергії.
Замість прямої вироблення електрики з сонячного світла нові підходи використовують сонячну енергію для запуску хімічних реакцій для виробництва видів палива, які запасають енергію сонця в хімічних зв’язках. В такому випадку каталіз стає вкрай важливий.
Вчені проаналізували ключові параметри, що управляють ефективністю реакцій штучного фотосинтезу. Вони розробили кінетичну модель, що описує взаємодію між поглинанням світла на поверхні напівпровідника, рухом заряду всередині напівпровідника, перенесенням заряду до шару каталізатора, а потім етап хімічного каталізу.
В ході моделювання динаміки цієї системи було зроблено дивовижне відкриття.
«У даній системі ми не обмежені швидкістю проходження хімічної реакції, – пояснив професор Гері Мур. – Ми обмежені здатністю доставляти електрони до цього каталізатора і активувати його. Це пов’язано з інтенсивністю світла, що потрапляє на поверхню ».
Члени його групи показали, що підвищення інтенсивності світла збільшує і темпи створення палива. Це відкриття може привести до зміни конструкції напівпровідників і каталізаторів з метою максимізації їх ефективності. Просте додавання більшої кількості каталізаторів на поверхню гібридного матеріалу не приведе до істотного зростання виробництва палива. Слід звернути увагу на властивості поглинання світла напівпровідників і на те, як каталізатори взаємодіють з компонентом, що вбирає світло.