Ученые из Московского физтеха и их китайские и американские коллеги раскрыли необычные свойства рутила, фоторасщепителя воды на базе оксида титана, используя суперкомпьютер Rurik в МФТИ, сообщает пресс-служба заведения.

На сегодняшний день ученые создали несколько катализаторов, способных расщеплять воду и другие вещества, используя лишь энергию света. Их эффективность остается достаточно низкой, что пока не позволяет человечеству перейти к использованию абсолютно чистой, дешевой и неисчерпаемой энергии, извлекаемой из солнечных лучей.

Цингао Ван (Qinggao Wang), сотрудник МФТИ и Университета города Аньян (Китай) и его коллеги приблизили нас к созданию эффективной версии подобного фото-катализатора, изучив то, как меняются физические и химические свойства рутила – одного из самых перспективных расщепителей воды – в результате изменений структуры его поверхности.

Рутил, как объясняют ученые, представляет собой диоксид титана, чья поверхность организована особым образом, от устройства которой зависит эффективность захвата энергии солнечного света и скорость расщепления молекул воды. За последние годы ученые выделили несколько эффективных версий поверхности рутила, однако у них не было понимания того, в чем заключается секрет их высокого КПД.

Ван и его коллеги создали компьютерную модель рутила, в которой учитываются все законы квантовой механики и “обычной физики”, что позволило им просчитать, как будет меняться КПД катализатора, если менять положение атомов на его поверхности.

Используя суперкомпьютер Rurik, установленный в МФТИ, ученые смогли выяснить, почему некоторые варианты устройства поверхности рутила остаются стабильными, несмотря на их изначально нестабильный характер, а также выяснили, откуда возникают странности в поведении этого катализатора в среде, бедной кислородом.

Авторы исследования надеются, что проведенные ими расчёты не просто обогатят знания об атомной структуре поверхности диоксида титана, но и позволят лучше понять его фотокаталитические свойства.