Группа исследователей из Китая приблизилась к решению проблемы водородной энергетики.

C тех пор как было открыт фотолиз – фотоэлектрохимическое разложение молекул воды на водород и кислород на электродах из диоксида титана (TiO₂), – он стал рассматриваться учёными, как будущая основа водородной энергетики. Однако до практического воплощения идеи дело так и не дошло, поскольку только 2-3 % солнечного света может быть использовано по прямому назначению. Учитывая, что TiO2 – полупроводник с довольно широкой запрещённой зоной (3.0-3.2 эВ), при такой эффективности использования солнечного света необходимая плотность фототока не может быть достигнута.

Группа исследователей из Китая приблизилась к решению этой практически важной проблемы, увеличив плотность фототока в несколько раз. Для этого они создали гетероструктуру типа «ядро/оболочка сульфид кадмия-диоксид титана». Их идея состояла в том, что если совместить полупроводник с широкой запрещённой зоной (1) и полупроводник с достаточно узкой запрещённой зоной (2) и более отрицательным уровнем зоны проводимости, то электроны из этой зоны могут "перейти" с полупроводника 2 в полупроводник 1. Этим условиям как раз и удовлетворяют диоксид титана (полупроводник 1) и сульфид кадмия (полупроводник 2). Ширина запрещённой зоны сульфида кадмия (CdS) составляет 2,4 Эв и его зона проводимости на 0,5 эВ лежит ниже, чем для диоксида титана.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Китайские исследователи использовали электрохимическое осаждение CdS на анодные титановые нанотрубки. После осаждения образцы промывали и отжигали при 400˚С в течение 1 часа. В результате были получены массивы нанотрубок диоксида титана с осажденным на внутренней их поверхности сульфидом кадмия (см. рисунок).

Синтезированные таким образом CdS/ TiO₂ электроды показали значительно более высокую плотность фототока в видимой области света, чем чистые TiO2-электроды. Если исследование в данной области будет продолжено, то возможно, в скором времени машины будут ездить не на бензиновом двигателе, а на водородном.