Команда исследователей соединила железо, медь и простой светодиод, чтобы продемонстрировать экономичный способ получения чистого топлива, которым хотят заменить бензин и дизель. При помощи передовых вычислительных методов и нанотехнологии они сделали процесс расщепления аммиака на азот и водород более дешевым и менее энергозатратным.
Исследователи из университетов Принстона и Райса предлагают использовать для выделения водорода из аммиака свет обычных светодиодов, что позволяет обойтись без высоких температур и дорогих компонентов, которые обычно требуются для такой химической реакции.
«Мы часто слышим о водороде как абсолютно чистом топливе, но к сожалению слишком дорогом и трудном для хранения и использования, — сказала профессор Наоми Халас, одна из руководителей исследовательского проекта. — Этот результат показывает, что мы быстро движемся к этой цели с новым, усовершенствованным способом получения водорода из удобного носителя при помощи распространенных материалов и технологического прорыва в виде твердотельного освещения».
Аммиак — один из самых многообещающих носителей водорода, состоящий из трех атомов водорода и одного атома азота. В отличие от чистого газообразного водорода, для транспортировки и хранения жидкого аммиака имеются проверенные технологии. Однако расщепление аммиака обычно требует высоких температур для запуска реакции. Энергетические затраты и необходимость в специальном оборудовании делали эту реакцию накладной.
В попытках снизить температуру с 400 градусов Цельсия в качестве катализатора исследователи применяли рутений, дорогой металл из платиновой группы. Американские ученые решили пойти другим путем и использовать намного более дешевые медь и железо, а также достижения наноплазмоники. Воздействуя светом на структуры меньше длины волны света, инженеры могут манипулировать световыми волнами необычным образом. В данном случае они возбудили электроны в наночастицах металла, чтобы расщепить аммиак без нагревания.
В результате многочисленных экспериментов и калибровок параметров — давления, интенсивности света и длин волн, а также после моделирования процесса на специальном квантово-механическом симуляторе ученые установили оптимальные показатели реакции. И добились, в итоге, устойчивого выделения водорода из аммиака при комнатной температуре без дополнительного нагревания. Процесс можно масштабировать.
В дальнейшем исследователи планируют изучить другие возможные катализаторы, чтобы повысить эффективность и снизить себестоимость реакции.
