«Искусственный лист» получает водород и удаляет гидразин из солёной воды

Инженеры Наньянского технологического университета Сингапура (NTU) представили фотоэлектрохимическую установку, которую называют «искусственным листом». При освещении она выделяет водород и одновременно разрушает гидразин — токсичное вещество, которое может встречаться в промышленных стоках. Университет рассказал о разработке в сентябре 2026 года; сама научная работа была опубликована в Nature Communications 20 мая.

Как устроен «искусственный лист»

Свет поглощает перовскитный фотокатод. Возникающие заряды участвуют в реакции получения водорода, поэтому для работы опытной системы не нужен внешний источник электрического напряжения. Чтобы защитить чувствительный перовскит от раствора, исследователи использовали проводящий состав с частицами серебра и меди и титановую фольгу. На катоде также применялся платиновый сокатализатор.

На аноде установлен катализатор из оксидов железа, кобальта и хрома. Он обеспечивает превращение гидразина преимущественно в азот. Авторы также зарегистрировали образование некоторого количества водорода на анодной стороне. Такая анодная реакция требует меньшего электрического потенциала, чем обычное выделение кислорода из воды. Именно это помогает согласовать работу двух электродов при освещении.

В обычном электролизёре морской воды избыток хлорид-ионов может вести к нежелательным реакциям и ускорять коррозию. В исследованной схеме окисление гидразина выступает альтернативной анодной реакцией, подавляя образование агрессивных хлорсодержащих продуктов. Поэтому подход объединяет получение топлива и обработку конкретного загрязнителя.

Что показали испытания

Команда проверила устройство в условиях, имитирующих солнечное освещение, с использованием модельной и реальной морской воды. По сообщению NTU, плотность фототока достигла 25 мА на квадратный сантиметр. Система сохраняла работоспособность более 72 часов при освещении с интенсивностью, сопоставимой с ясным днём.

Указанная исследователями скорость выделения водорода составляла около 466 микромолей на квадратный сантиметр в час. Это лабораторный показатель, нормированный на площадь электрода; его нельзя напрямую переводить в суточную выработку промышленной установки без данных о масштабировании и условиях эксплуатации.

В отдельном опыте содержание гидразина снизилось с 0,5 моль на литр до 0,5 части на миллиард примерно за 30 часов. Исходная концентрация была задана экспериментально. Результат демонстрирует очистку от гидразина в выбранном составе раствора, но не доказывает, что устройство одинаково эффективно удаляет любые примеси из произвольной морской воды или промышленных стоков.

Какие условия важны для оценки результата

Название «искусственный лист» описывает способ использования света, а не наличие живых растительных тканей. Это собранная электрохимическая ячейка с защищённым полупроводниковым электродом, катализаторами и разделением анодной и катодной камер. В исследовании использовали щелочной электролит с добавленными солью и гидразином, а камеры разделяла мембрана.

Практическое применение потребует проверить работу при изменении состава и кислотности воды, накоплении примесей, колебаниях освещённости и длительных циклах. Необходимы также надёжный сбор двух газов, контроль состояния защитного покрытия и оценка обращения с материалами, содержащими свинец. Наличие перовскита с соединениями свинца — существенная инженерная задача для контакта с окружающей средой.

Экономическую перспективу пока нельзя оценить только по плотности фототока и времени демонстрации. Для промышленного решения важны стоимость электродов, катализаторов, разделяющей мембраны, защитных слоёв и замены компонентов, а также свойства реальных сточных вод. В статье авторы прямо называют интеграцию с очисткой сложных стоков и увеличение стабильности среди дальнейших задач.

Почему исследование интересно

Фотоэлектрохимическое получение водорода обычно оценивают по эффективности преобразования света. Здесь к энергетической функции добавлена полезная химическая реакция на аноде: удаление токсичного гидразина. Подобный подход может быть особенно важен там, где есть подходящий поток загрязнённой воды и доступ к солнечному свету. Пока это подтверждение принципа на экспериментальном устройстве, а не готовая технология очистки моря или серийная система производства водорода.

Фото: экспериментальное устройство «искусственный лист». Источник: Nanyang Technological University, Singapore.

Русская редакционная версия по материалу Tech Xplore с проверкой по сообщению NTU и научной статье Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-73326-3.