Ученые открыли новый способ превращать солнечный свет в топливо

Исследователи из Центра перспективных системных исследований (CASUS) в Дрездене представили новый теоретический подход для разработки эффективных фотокатализаторов на основе полигептазинимидов — материалов, способных превращать солнечный свет в химическую энергию.

Эти материалы, относящиеся к классу нитридов углерода, поглощают видимый свет и могут использоваться для таких реакций, как расщепление воды для получения водорода, восстановление углекислого газа или производство пероксида водорода. Ключевой особенностью является наличие в их структуре пор, в которые можно внедрять положительно заряженные ионы металлов, что значительно улучшает разделение зарядов после поглощения фотона.

Ученые впервые провели комплексное исследование влияния 53 различных ионов металлов на оптические и электронные свойства полигептазинимидов с помощью методов теории многих тел. Этот вычислительный подход, требующий значительных ресурсов, позволяет точно описать поведение материалов в возбужденном состоянии, что критически важно для фотокатализа.

«Полигептазинимиды, содержащие положительно заряженные ионы металлов, демонстрируют заметно улучшенное разделение зарядов. Это делает их высокопригодными для практического применения», — говорит ведущий автор работы доктор Захра Хаджиахмади.

Теоретические предсказания были подтверждены экспериментально: команда синтезировала восемь материалов с разными ионами металлов и проверила их эффективность в производстве пероксида водорода. Результаты показали высокое соответствие расчетам.

«Если и были сомнения в том, что полигептазинимиды являются одной из самых перспективных платформ для фотокаталитических технологий следующего поколения, я считаю, что эта работа их развеяла», — заявил профессор Томас Д. Кюне, директор CASUS.

Новый подход ускорит целенаправленный поиск и создание эффективных фотокатализаторов для устойчивых химических процессов.