Кристаллы из атомов переходных металлов, серы и селена имеют формулу XMY (где M – металл, а X и Y – неметаллы) и представляют собой структуры из нескольких слоев, слабо связанных друг с другом. Монослои (плотно упакованные слои атомов) напоминают «молекулярный сэндвич» из трех рядов атомов: верхний и нижний состоят из халькогенов – элементов шестнадцатой группы таблицы Менделеева (к которым относятся сера и селен), а между ними расположен центральный ряд из металлов, таких как ванадий, молибден или вольфрам. Монослои, где верхний и нижний ряды атомов халькогенов состоят из разных элементов, получили название янус-структур: с их помощью можно ускорять реакцию искусственного фотосинтеза, в ходе которой молекула воды расщепляется на водород и кислород под действием света.

Учёные из Института биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН, Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН, Новосибирского государственного университета и Самарского государственного технического университета осуществили поиск янус-структур с помощью квантово-химических методов и алгоритмов предсказания структур. Результатом стало открытие восьми новых монослоёв, которые различались между собой по характеру и составу атомных связей, что влияло на потенциальную устойчивость соединений: например, слой из халькогенов и ванадия оказался более прочным слоя из халькогенов и молибдена.

«Нам удалось обнаружить новые стабильные янус-структуры — большинство из них уникальны и не имеют аналогов в имеющихся базах данных. Наше исследование строения и свойств данных янус-структур послужит их будущему практическому использованию. Уже сейчас мы оцениваем перспективу их применения в реакции разложения воды», – комментирует Павел Гаврюшкин, кандидат технических наук, сотрудник Института биохимической физики имени Н.М. Эмануля РАН.

Технологии искусственного фотосинтеза пока что находятся на стадии экспериментальных исследований, заявлял в интервью журналу «Вести в электроэнергетике» лауреат премии «Глобальная энергия» Сулейман Аллахвердиев. «Ввод таких технологий в отрасль топливо-энергетического комплекса России и даже мира в настоящее время представляется маловероятным. Необходимы ещё достаточно интенсивные лабораторные исследования, создание и многосторонние испытания многочисленных экспериментальных прототипов возможных устройств искусственного фотосинтеза», – подчеркивал он.

 Результаты исследования опубликованы в Journal of Applied Crystallography, который издается Международным союзом кристаллографов.

Источник: https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/28/kristally-dlya-iskusstvennogo-fotosinteza-innovaciya-dlya-polucheniya-vodoroda/

Источник фото — rscf.ru