Лазерный мир

Сегодня ученые всего мира ведут исследования в области развития водородной энергетики. В Институте лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (Институт ЛаПлаз НИЯУ МИФИ) ведутся разработки новых экологически чистых катализаторов для получения водорода из воды, а также материалов для хранения и транспортировки полученного топлива. Полученные результаты помогут сделать водородную энергетику дешевле, экологичнее и безопаснее, считают исследователи вуза.

Существуют несколько методов получения водорода; один из наиболее простых, электролиз, заключается в расщеплении воды под действием электрического тока. Источником тока могут быть как экологически чистые солнечные батареи, так и атомные электростанции, также не использующие углеродного топлива.

Ученые НИЯУ МИФИ активно участвуют в разработке новых электродов, необходимых для эффективного электролиза. Для этого требуются достаточно дешевые материалы, а их компоненты должны быть распространены в природе, поэтому исследователи создают новые наноструктурированные материалы.

К примеру, сульфид молибдена можно получить из концентрата природного минерала молибденита, тонна которого стоит в 10 миллиардов раз меньше, чем тонна платины – самого эффективного катализатора расщепления воды, сообщил заведующий лабораторией лазерного синтеза многофункциональных наноматериалов Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ, профессор Вячеслав Фоминский.

По его словам, для придания сульфиду молибдена таких же уникальных каталитических свойств, как у платины, необходимо получить его нано-размерные аморфные кластеры или ультратонкие и даже монослойные кристаллы. Для создания высокоэффективных электродов требуется нанести тонкие, толщиной в доли микрометров пленки новых наноматериалов на достаточно дешевые углеродные пластинки.

Сотрудники лаборатории разработали комплекс лазерных методов, позволяющих гибко регулировать условия осаждения тонких пленок на электроды и получать пленки с требуемым химическим составом и оптимальной упаковкой атомов.

«Мы используем лазерное излучение для испарения и ионизации мишеней, изготовленных из дисульфида молибдена. Подбирая интенсивность лазерного облучения мишени и условия разлета лазерной плазмы до электрода, мы выращиваем пленки с требуемыми характеристиками. Наши экологически чистые методы позволяют получить катализаторы, которые не уступают лучшим мировым образцам, полученным с применением опасных реагентов», — рассказал он РИА Новости.

Другая важная задача, которую решают ученые НИЯУ МИФИ, связана с минимизацией применения традиционных источников электрической энергии и активным использованием энергии солнца. Полупроводниковые свойства новых каталитических наноматериалов позволяют делать и это.

«Разрабатываемые нами лазерные технологии позволяют не только создавать перспективные новые пленки-катализаторы, но и повышать эффективность преобразования солнечной энергии в самих полупроводниковых электродах. Образующиеся под действием света электроны проникают в пленку-катализатор и достигают ее поверхности, где и образуется молекула водорода за счет нейтрализации ионизованных атомов водорода. Мы достигли эффективности получения водорода почти в 10%. Эта величина не уступает результатам зарубежных исследований на аналогичных материалах с применением экологически вредных методов химического синтеза», — отметил Вячеслав Фоминский.

Источник: https://www.atomic-energy.ru/news/2022/01/14/120969