Разработан более эффективный и дешевый катализатор для электролиза воды
Москва, 17:00, 14 Фев 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Команда ученых под руководством профессора Сангараджу Шанмугама из Научно-технического института Тэгу Кёнбука (DGIST) разработала эффективный, прочный электрокатализатор с наноструктурой ядро/оболочка и успешно заменила им ценный анод для электролиза воды.
Исследование, представленное в Advanced Energy Materials, проводилось при участии специалистов Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL).
Стремление перейти на чистое топливо в последнее время привлекло большое внимание к электрохимической генерации энергии, зависящей от реакций катода и анода. При расщеплении воды таким образом в последнем образуется газообразный кислород. Это происходит за счет реакции, протекающей медленнее выделения водорода. Для их стабильного течения требуется подходящий электрокатализатор. Высокий потенциал в их создании показали оксиды рутения и иридия. Но отсутствие стабильности ограничивает их применение в крупномасштабном расщеплении воды и коммерциализации метода.
Команда профессора Шанмугама и сотрудники PNNL сосредоточились на разработке альтернативных катализаторов не из ценных металлов. Эффективными решениями в реакции выделения кислорода при расщеплении воды считаются углеродные структуры. Пока что большинство разработок имеют низкую концентрацию активных металлических участков. Это ведет к ускорению коррозии углерода и снижению электрокаталитической активности.
Авторы установили, что решить проблему помогают неорганические ионы кобальта, соединенные органическими лигандами в берлинской лазури. Они создали подходящее сырье для стабильного, богатого металлом катализатора. При нагреве до 600-900°С в инертной атмосфере, кобальтовые ионы и лиганды в соли превращаются в металл и тонкие графитовые слои углерода с азотными вкраплениями. Они сильно взаимодействуют с кобальтом, что уменьшает коррозию и способствует движению электронов. Структура также обеспечивает больший контакт металла с реакционной средой, включая формирование наномерной морфологии без накопления частиц.
Исследование потенциально приближает недорогое, крупномасштабное производство водорода путем электролиза воды.
