Дыры в графене помогли повысить эффективность производства водорода

Москва, 10:58, 27 Апр 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Исследователи из Университета Цукубы разработали новый электрод для реакции выделения водорода (РВВ) в кислотных условиях. Он делает технологию дешевле и эффективнее. Процессу помогла умная форма графена.

Электролиз воды жизненно необходим для хранения энергии при «зеленой» экономике. Но одним из основных барьеров на пути внедрения технологии стала высокая стоимость электродов из ценных металлов, отмечает phys.org. Существуют дешевые альтернативы, но они в основном работают в щелочных условиях, где для реакции требуется много энергии. Для протекания процесса в кислотной среде нужны материалы, вроде платины. Агрессивный электролит также со временем разъедает металл.

Исследователи из Университета Цукубы нашли решение проблемы с помощью графена. Листы материала с вкраплениями азота использовали в качестве оболочки для электродного сплава из никеля и молибдена. В графене было проделано множество наномерных отверстий, как в дуршлаге. В кислотных условиях такая структура значительно превзошла обычный, целый материал.

Выводы проекта представлены в ACS Catalysis.

Графен и раньше использовался для электродов РВВ. Его листы стали идеальной оболочкой для металлической сердцевины. Но, защищая ядро от коррозии, графен подавлял химическую активность. Новая система, напротив, за счет отверстий способствовала реакции.

«Мы получили их, нанеся на поверхность NiMo кремниевые наночастицы, — объяснил соавтор работы, Кайлонг Ху. – Они продавили графеновый слой. Мы получили не просто отверстия, он обрамлены химически активной «бахромой». Технически она является структурным дефектом, но на практике стимулирует химические процессы в электроде».

В сравнении с обычным графеном, структура более гидрофильная. Она притягивает ионы водорода с молекулами воды (H₃O+) в кислотном растворе, играющие важную роль в одном из двух механизмов РВВ. Бахрома также хорошо поглощает отдельные атомы H, давая большую площадь поверхности для второй части реакции. В результате эффективность производства водорода повышается до уровня платиновых электродов. Неперфорированная часть графена задерживает растворение металлического катализатора.