Kentukio bei Luizvilio universitetų (JAV) mokslininkai nustatė, jog nebrangi puslaidininkinė medžiaga gali kaip reikiant praversti bandant saulės šviesa iš vandens išgauti vandenilį.

Tyrėjams, kurių darbą finansavo JAV Energijos departamentas, vadovavo profesoriai Madhu Menonas (Madhu Menon) bei Maiklas Šycas (Michael Sheetz) iš Kentukio universiteto Skaičiavimo mokslų centro. Mokslininkų rezultatai paskelbti žurnale „Physical Review B“. Pasak tyrėjų, jų darbas yra skaičiavimo mokslų triumfas, panašu, praversiantis kuriant ateities saulės energetiką.

Atlikę modernius teorinius skaičiavimus, jungtinės abiejų universitetų komandos mokslininkai parodė, jog lydinys, kuriame 2 procentai stibio (Sb) pakeista galio nitridu (GaN), pasižymi tinkamomis elektrinėmis savybėmis, leidžiančiomis saulės šviesos energijai vandens molekules išskaidyti į vandenilio ir deguonies atomus. Šis procesas yra vadinamas fotoelektrocheminiu vandens skaidymu. Kuomet lydinys yra vandenyje ir paveikiamas saulės šviesos, cheminiai ryšiai, jungiantys vandenilio ir deguonies atomus, nutrūksta. Tuomet galime surinkti atsiskyrusį vandenilį.

„Atliekant ankstesnius tyrimus daugiausia dėmesio buvo skiriama sudėtingoms medžiagoms, – pasakoja M. Menonas. – Mes nusprendėme neiti pramintais takais ir pasukome lengvai pagaminamų medžiagų pusėn. Nepaisant to, kad tokios medžiagos nepasižymėjo tinkamu elektronų išsidėstymu. Mūsų tikslas buvo išsiaiškinti, ar minimalūs elektroninės sandaros pokyčiai duos norimų rezultatų“.

Galio nitridas yra puslaidininkis, kuris jau gerus 20 metų naudojamas gaminant ryškiuosius šviesos diodus. Stibis yra metaloidas, kurio paklausa, ypač mikroelektronikoje, per pastaruosius metus gerokai išaugo. GaN-Sb lydinys yra pirmoji nesunkiai išgaunama medžiaga, kurią galima laikyti neblogu kandidatu atlikti fotoeletrocheminį vandens skaidymą. Šis junginys skaidymo procesu metu veikia kaip katalizatorius, o tai reiškia, jog jis nėra sunaudojamas, tad jį galima naudoti neribotą laiką. Tyrėjų komanda šiuo metu bando eksperimentiškai išgauti šį lydinį ir išbandyti, kaip šis iš tikrųjų veikia.

Jau ilgą laiką vandenilis yra laikomas vienu iš švariausių energijos šaltinių. Ji kuro elementuose galima panaudoti elektros išgavimui, deginti dėl šilumos bei varyti automobilių vidaus degimo variklius. Tokiuose varikliuose vandenilis susijungia su deguonimi ir susidaro vanduo garai – vienintelis šalutinis produktas. Vandenilis plačiai naudojamas tiek mokslo, tiek pramonės reikmėms.

Kadangi grynos vandenilio dujos Žemėje natūraliai nėra aptinkamos, jas reikia išgauti iš kitų junginių. Taigi, vandenilis nėra laikomas energijos šaltiniu, o labiau energijos nešikliu. Kol kas tam, kad iš vandens būtų išskirtas vandenilis, reikia sunaudoti ganėtinai daug elektros energijos. Dėl šios priežasties didžioji dalis vandenilio yra išgaunama iš neatsinaujinančių šaltinių, pavyzdžiui, anglies arba dujų.

Liuzvilio universiteto profesorius Mahendras Sunkara (Mahendra Sunkara) pažymi, kad GaN-Sb lydinys turi potencialo saulės energiją paversti ekonomišku, ne anglies pagrindo vandenilio išgavimo šaltiniu.

„Šiuo metu išgaunant vandenilį išskiriami dideli CO₂ kiekiai, – teigia jis. – Kai tik šis lydinys taps plačiai prieinamas, visai įmanoma, jog jis bus naudojamas išgaunant nulinės CO₂ emisijos namų ir automobilių energijos šaltinį“.

M. Menonas prideda, kad jų tyrimas turėtų patraukti įvairių disciplinų mokslininkų dėmesį. „Šiuo metu fotokatalizė yra viena iš karščiausių mokslo temų. Mes tikimės, jog šis darbas sulauks chemikų, fizikų ir inžinierių susidomėjimo“.