Un chimiste de RUDN a été le premier à utiliser des catalyseurs avec des nanoparticules de ruthénium pour obtenir de l'hydrogène sous l'influence de la lumière visible et du rayonnement UV. À l'avenir, de tels catalyseurs peuvent être utilisés pour la production à grande échelle de carburant hydrogène sous l'influence de la lumière du soleil. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Catalyse appliquée B :Environnement .

Les réactions photochimiques sont parmi les moyens les plus écologiques de produire du « carburant vert ». Le chauffage des matières premières ne consomme pas beaucoup d'énergie ou nécessite des niveaux de pression élevés. Le maintien de la vitesse de la réaction ne nécessite que de la lumière et des photocatalyseurs. Photocatalyseurs à base de platine, l'or et le palladium sont très efficaces dans des réactions photochimiques telles que l'extraction d'hydrogène à partir de dérivés de la biomasse tels que les alcools. Cependant, ces métaux sont chers, et les scientifiques recherchent des photocatalyseurs moins chers.

Avec leurs collègues espagnols, Les chimistes de RUDN ont étudié l'activité photocatalytique du dioxyde de titane enrichi en particules de ruthénium. C'était la première fois qu'ils étaient utilisés pour obtenir de l'hydrogène. Les chimistes ont surveillé l'influence d'un nanocatalyseur de ruthénium à base de dioxyde de titane sur l'émission d'hydrogène d'un mélange méthanol-eau. L'équipe a étudié quatre catalyseurs (avec 1 pour cent, 2 pour cent, 3 pour cent, et 5% de teneur en ruthénium), et chacun d'eux a été testé dans deux types de réactions - en présence de lumière visible et de rayonnement UV.

Précédemment, les systèmes au dioxyde de titane et au ruthénium étaient rarement utilisés. Par conséquent, il était important de caractériser leur composition et leurs propriétés optiques, y compris l'efficacité quantique. Cela indique la photosensibilité d'un matériau et est calculé comme un rapport entre le nombre total de photons provoquant la formation d'électrons libres dans un matériau et le nombre total de photons absorbés. C'est le principal paramètre utilisé pour comparer l'activité photocatalytique des substances.

Des expériences ont montré que l'activité des photocatalyseurs contenant du ruthénium sous rayonnement UV est comparable à celle des analogues du platine et du palladium. L'efficacité quantique des composés à base de platine ou de palladium calculée sur la base d'autres études est comprise entre 1,9% et 5,1%, et les résultats des photocatalyseurs au ruthénium restent dans cette fourchette. La meilleure valeur (3,1 pour cent) a été calculée pour le système avec une teneur en ruthénium de 3 pour cent. Compte tenu du bon marché des catalyseurs au ruthénium, ils sont prometteurs pour une utilisation industrielle. L'activité des catalyseurs au ruthénium sous la lumière visible était assez faible - l'efficacité quantique ne dépassait pas 0,6%, mais les auteurs s'attendent à ce qu'il augmente sous la lumière du soleil jusqu'à 1,1 pour cent. Les scientifiques ont déjà commencé à vérifier cette hypothèse.

« Nos catalyseurs à base de dioxyde de titane et de ruthénium sont apparus comme des systèmes universels et nous ont permis d'obtenir de l'hydrogène en quantité suffisante à la fois sous l'influence de la lumière UV et de la lumière visible, " explique Raphaël Luke, directeur du Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, et chercheur invité à RUDN. "Après avoir modélisé la réaction entre la lumière et la substance et calculé l'efficacité quantique de tous nos échantillons, nous avons compris que le rôle clé dans l'activité du catalyseur était joué par l'inter-réaction entre les particules de ruthénium et de dioxyde de titane, notamment par la concentration de particules de ruthénium et éventuellement de ses composés avec l'oxygène à la surface du matériau. Le mécanisme exact de ce phénomène reste à découvrir. Nous poursuivons nos études et expérimentons actuellement l'obtention d'hydrogène sous la lumière du soleil en Espagne et en Russie."