Вчені відкрили новий спосіб керувати сонячною енергією

Дослідники запропонували новий підхід, який допомагає точніше керувати властивостями матеріалів для фотокаталізу. Отримані результати можуть посилити інтерес до матеріалів на основі полігептазину-іміду, які вважають перспективними для створення сонячного палива.

Про це пише Mediafax.

Що змінилося у вивченні полігептазинових імідів

У центрі нової роботи опинилися полігептазинові іміди — матеріали з родини вуглецевих нітридів, які останніми роками дедалі частіше розглядають як основу для фотокаталітичних реакцій. Їхня особливість полягає в тому, що вони здатні поглинати видиме світло, а це робить їх придатними для хімічних процесів, що запускаються сонячним випромінюванням.

Такі матеріали мають і практичні переваги. Вони відносно недорогі у виробництві, не вважаються токсичними та зберігають стабільність за високих температур. Водночас ранні версії цих сполук не демонстрували достатньо високої ефективності у фотокаталізі, а сам вплив змін у структурі на їхні електронні й оптичні властивості залишався вивченим лише частково.

У новому дослідженні вчені запропонували відтворюваний теоретичний підхід, який дозволив краще зрозуміти, як змінюються властивості полігептазину-іміду залежно від його структури. Далі ці висновки перевірили на реальних зразках матеріалу.

Під час аналізу дослідники зосередилися на тому, як різні іони металів впливають на кристалічну решітку полігептазину-іміду. Розрахунки показали, що введення таких іонів може помітно змінювати структуру матеріалу, зокрема відстань між шарами та локальне середовище зв'язків.

Саме ці структурні зміни, як виявилося, безпосередньо впливають на електронну зонну структуру й оптичні характеристики. А отже, і на те, наскільки ефективно матеріал здатний поглинати світло та брати участь у фотокаталітичних реакціях.

Чому це важливо для сонячного палива

Фотокаталіз розглядають як один із перспективних шляхів перетворення сонячної енергії на корисне паливо або інші хімічні сполуки. Тому точніше налаштування властивостей матеріалів для таких процесів може мати велике значення для подальших розробок у цій сфері.

Щоб перевірити свої висновки, дослідники синтезували вісім варіантів матеріалу на основі полігептазину-іміду, кожен із яких містив іон іншого металу. Після цього зразки протестували на здатність каталізувати утворення перекису водню.

У науці також зростає інтерес до процесів розкладання матеріалів у природі. Зокрема, дослідники показали, що ефективність руйнування біорозкладного пластику в океані залежить не лише від його складу, а й від взаємодії різних видів бактерій, які працюють як єдина система.

Паралельно розвиваються й цифрові біологічні моделі. Одним із прикладів стала повноцінна симуляція мозку плодової мушки, яка змогла відтворювати базове керування тілом у віртуальному середовищі, демонструючи потенціал таких систем для подальших досліджень.