Размером с пару десятков атомов и невидимый для большинства микроскопов — полупроводниковый нанокластер, который южнокорейские ученые использовали в качестве фотокатализатора, официально стал самым маленьким материалом подобного рода, примененным в производстве водорода под солнечным светом.
Ученые из Южной Кореи провели эксперимент, в котором задействовали нанокластер селенида кадмия ((CdSe)₁₃) — бинарного соединения из группы II-VI. Его размер не превышает одного нанометра, а структура включает всего 26 атомов. Ранее такие сверхмалые кластеры считались слишком нестабильными и неэффективными для фотокатализа.
Главным препятствием для их использования оставались слабые электрические свойства и быстрое разрушение при контакте с водой. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые применили подход с самоорганизующейся трехмерной структурой. Иными словами, они «связали» кластеры между собой, образовав устойчивую сеть. Поверхностные лиганды получили поперечные связи, которые сохранили индивидуальность каждого элемента, но укрепили систему в целом.
Этим дело не ограничилось. Для улучшения проводимости исследователи легировали нанокластеры кобальтом (Co²⁺). Это позволило активировать производство водорода под солнечным излучением и повысило эффективность фотокатализа.
Эксперимент провели специалисты сразу из трех научных учреждений. Проектом руководил Дживунг Ян, профессор DGIST, при участии Юнджунга Джана из Университета Ханян и Стефана Ринге из Корейского университета. Исследование поддержали Национальный исследовательский фонд Кореи и Корейский институт развития технологий.
Главным итогом стало подтверждение: даже настолько крошечный полупроводниковый материал может не только выживать в водной среде, но и выполнять стабильную каталитическую функцию. Ранее ничего подобного в экспериментах не фиксировали.
Хотя до коммерческого применения технология еще не дошла, команда уже обозначила цели: продлить срок службы катализатора, усилить его устойчивость в воде и довести производительность до промышленных стандартов.
