En kemist från RUDN var den första som använde katalysatorer med ruteniumnanopartiklar för att få väte under påverkan av synligt ljus och UV-strålning. I framtiden, sådana katalysatorer kan användas för storskalig produktion av vätebränsle under påverkan av solljus. Resultaten av studien publicerades i Tillämpad katalys B:Miljömässig .

Fotokemiska reaktioner är bland de mest miljövänliga sätten att producera "grönt bränsle". Uppvärmning av råvarorna förbrukar inte mycket energi eller kräver höga trycknivåer. För att bibehålla reaktionshastigheten krävs endast ljus och fotokatalysatorer. Fotokatalysatorer baserade på platina, guld och palladium är mycket effektiva i sådana fotokemiska reaktioner som väteextraktion från biomassaderivat såsom alkoholer. Dock, dessa metaller är dyra, och forskare söker billigare fotokatalysatorer.

Tillsammans med sina spanska kollegor, RUDN-kemister studerade den fotokatalytiska aktiviteten hos titandioxid berikad med ruteniumpartiklar. Det var första gången de användes för att få väte. Kemisterna övervakade inverkan av en titandioxidbaserad ruteniumnanokatalysator på utsläppet av väte från en metanol-vattenblandning. Teamet studerade fyra katalysatorer (med 1 procent, 2 procent, 3 procent, och 5 procent ruteniumhalt), och var och en av dem testades i två typer av reaktioner - i närvaro av synligt ljus och UV-strålning.

Tidigare, system av titandioxid och rutenium användes sällan. Därför, det var viktigt att karakterisera deras sammansättning och optiska egenskaper, inklusive kvanteffektivitet. Detta indikerar ett materials ljuskänslighet och beräknas som ett förhållande mellan det totala antalet fotoner som orsakar bildandet av fria elektroner i ett material och det totala antalet absorberade fotoner. Detta är huvudparametern som används för att jämföra ämnens fotokatalytiska aktivitet.

Experiment har visat att aktiviteten hos ruteniumhaltiga fotokatalysatorer under UV-strålning är jämförbar med platina- och palladiumanaloger. Kvanteffektiviteten för platina- eller palladiumbaserade föreningar beräknad på grundval av andra studier utgör från 1,9 procent till 5,1 procent, och resultaten av ruteniumfotokatalysatorer håller sig inom detta intervall. Det bästa värdet (3,1 procent) beräknades för systemet med 3 procent ruteniumhalt. Med tanke på hur billigt ruteniumkatalysatorer är, de är lovande för industriellt bruk. Aktiviteten hos ruteniumkatalysatorer under synligt ljus var ganska låg - kvanteffektiviteten översteg inte 0,6 procent, men författarna förväntar sig att den kommer att öka under solljus upp till 1,1 procent. Forskarna har redan börjat verifiera denna hypotes.

"Våra katalysatorer baserade på titandioxid och rutenium verkade vara universella system och hjälpte oss att få väte i tillräckliga mängder både under påverkan av UV-ljus och synligt ljus, " förklarar Raphael Luke, chef för Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, och gästforskare vid RUDN. "Efter att ha modellerat reaktionen mellan ljus och substans och beräknat kvanteffektiviteten för alla våra prover, vi förstod att nyckelrollen i katalysatorns aktivitet spelades av interreaktionen mellan rutenium- och titandioxidpartiklar, speciellt genom koncentrationen av ruteniumpartiklar och möjligen dess föreningar med syre på materialets yta. Den exakta mekanismen för detta fenomen är ännu inte upptäckt. Vi fortsätter våra studier och experimenterar för närvarande med att få väte under solljus i Spanien och Ryssland."