Ученые открыли новый способ управлять солнечной энергией

Исследователи предложили новый подход, который помогает точнее управлять свойствами материалов для фотокатализа. Полученные результаты могут усилить интерес к материалам на основе полигептазина-имида, которые считают перспективными для создания солнечного топлива.

Об этом пишет Mediafax.

Что изменилось в изучении полигептазиновых имидов

В центре новой работы оказались полигептазиновые имиды — материалы из семейства углеродных нитридов, которые в последние годы все чаще рассматривают как основу для фотокаталитических реакций. Их особенность заключается в том, что они способны поглощать видимый свет, а это делает их пригодными для химических процессов, запускаемых солнечным излучением.

Такие материалы имеют и практические преимущества. Они относительно недороги в производстве, не считаются токсичными и сохраняют стабильность при высоких температурах. В то же время ранние версии этих соединений не демонстрировали достаточно высокой эффективности в фотокатализе, а само влияние изменений в структуре на их электронные и оптические свойства оставалось изученным лишь частично.

В новом исследовании ученые предложили воспроизводимый теоретический подход, который позволил лучше понять, как меняются свойства полигептазина-имида в зависимости от его структуры. Далее эти выводы проверили на реальных образцах материала.

Во время анализа исследователи сосредоточились на том, как различные ионы металлов влияют на кристаллическую решетку полигептазина-имида. Расчеты показали, что введение таких ионов может заметно менять структуру материала, в частности расстояние между слоями и локальную среду связей.

Именно эти структурные изменения, как оказалось, непосредственно влияют на электронную зонную структуру и оптические характеристики. А значит, и на то, насколько эффективно материал способен поглощать свет и участвовать в фотокаталитических реакциях.

Почему это важно для солнечного топлива

Фотокатализ рассматривают как один из перспективных путей преобразования солнечной энергии в полезное топливо или другие химические соединения. Поэтому более точная настройка свойств материалов для таких процессов может иметь большое значение для дальнейших разработок в этой сфере.

Чтобы проверить свои выводы, исследователи синтезировали восемь вариантов материала на основе полигептазина-имида, каждый из которых содержал ион другого металла. После этого образцы протестировали на способность катализировать образование перекиси водорода.

В науке также растет интерес к процессам разложения материалов в природе. В частности, исследователи показали, что эффективность разрушения биоразлагаемого пластика в океане зависит не только от его состава, но и от взаимодействия различных видов бактерий, которые работают как единая система.

Параллельно развиваются и цифровые биологические модели. Одним из примеров стала полноценная симуляция мозга плодовой мушки, которая смогла воспроизводить базовое управление телом в виртуальной среде, демонстрируя потенциал таких систем для дальнейших исследований.