Водород считается одним из вариантов топлива для отраслей, которые трудно перевести напрямую на электричество. Но «зелёный» водород пока дорог: чтобы получить его без выбросов углекислого газа, нужны энергия и эффективные катализаторы.
Химики из Университета штата Орегон разработали материал, который производит водород из воды под действием света и обходится без дополнительного металлического сокатализатора. Сам материал можно синтезировать в воде при комнатной температуре.
Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society 14 сентября 2026 года.
Катализатор собрали из цинка и аминокислоты
Новый материал получил название BVR-19-Zn. Он относится к металл-органическим каркасам, или MOF, — структурам, в которых ионы металла соединены органическими молекулами в пространственную решётку.
В данном случае исследователи использовали цинк и L-цистин — аминокислоту с характерной связью между двумя атомами серы.
Материал синтезируется в обычной воде при комнатной температуре. Для производства многих других подобных катализаторов требуются органические растворители, высокая температура или более сложные технологические этапы.
Свет запускает реакцию внутри самого материала
Обычно после поглощения света в фотокатализаторе возникают заряженные частицы, которые должны достаточно долго сохраняться разделёнными, чтобы успеть провести химическую реакцию. Если электрон быстро возвращается обратно, энергия теряется.
В BVR-19-Zn эту проблему помогает решить серосодержащая часть L-цистина.
При освещении связь S–S временно разрывается. Возникают активные частицы, которые облегчают перенос заряда внутри материала. Электроны в итоге передаются молекулам воды, а протоны восстанавливаются с образованием молекулярного водорода.
Цинк при этом в реакции почти не участвует напрямую: он в первую очередь удерживает структуру каркаса в нужной форме.
Лучший вариант дал почти 938 микромолей водорода в час
Учёные изготовили несколько версий BVR-19 с магнием, марганцем, медью, цинком и кадмием.
Лучше всех сработал вариант с цинком. Его производительность достигала 938 микромолей водорода в час на грамм катализатора.
При этом водород выделялся и без дополнительного сокатализатора. Во многих фотокаталитических системах для ускорения реакции приходится добавлять отдельные металлы, что усложняет и удорожает материал.
L-цистин без структуры MOF работал значительно хуже — около 72 микромолей водорода в час на грамм. То есть результат обеспечивают не просто отдельные компоненты, а их расположение внутри каркаса.
Почему такой водород может оказаться дешевле
Сегодня большая часть водорода производится из природного газа. Этот способ относительно дешёвый, но сопровождается выбросами CO₂.
Водород, полученный с использованием возобновляемой энергии, обходится заметно дороже. По данным Университета штата Орегон, водород из природного газа сейчас стоит примерно 1,5 доллара за килограмм, тогда как зелёный — около 5 долларов.
Авторы новой работы рассчитывают снизить стоимость не одной рекордной характеристикой, а сочетанием нескольких факторов: дешёвых исходных веществ, мягких условий производства и отсутствия дополнительного металлического сокатализатора.
Сам BVR-19 исследователи рассматривают прежде всего как основу для следующего поколения материалов, а не как готовую промышленную установку.
Пока это не схема «вода плюс солнце — и готово топливо»
В лабораторном эксперименте кроме воды использовался триэтиламин, который отдавал электроны и помогал поддерживать реакцию.
Контрольные опыты подтвердили, что основным источником протонов для водорода была именно вода. Но полностью замкнутой системы, способной расщеплять одну только воду на водород и кислород, исследователи пока не получили.
Зато эксперимент показал другой принцип: для эффективного получения водорода не обязательно строить фотокатализатор вокруг дорогого активного металла. Нужную работу можно переложить на органическую часть материала и управлять тем, как внутри неё движутся заряды.
Если этот подход удастся развить до полноценных систем расщепления воды, производство солнечного водорода можно будет сделать проще и дешевле.
