Прорыв заключается в сочетании микроскопического количества платины с кобальтом, диспергированным на высокопроводящем материале, что позволяет сделать выделение водорода более стабильным и доступным.
Типичное изображение молекулы водорода
Just_Super/Getty Images
Китайские исследователи разработали новый катализатор, который может сделать производство водорода более дешевым и эффективным за счет уменьшения количества необходимой платины.
Водород часто рекламируют как чистый источник энергии, поскольку при его использовании не образуется парниковых газов, однако сегодня большая часть водорода по-прежнему производится из ископаемого топлива.
Более чистый метод предполагает расщепление воды с использованием возобновляемой электроэнергии, но этот процесс требует использования катализаторов для ускорения реакции выделения водорода (HER). Хотя платина является наиболее эффективным катализатором для получения водорода, она редка и дорога, что ограничивает её практическое применение.
Стремясь снизить затраты и повысить рентабельность производства водорода на основе платины, исследователи из Пекинского технологического университета и Китайской академии наук попытались разработать новый биметаллический катализатор.
Результатом является инновационный сплав платины и кобальта на основе MXene — слоистого материала, ценимого за его превосходную проводимость и большую площадь поверхности, который представляет собой многообещающее решение, сочетающее в себе снижение затрат с высокой эффективностью и долговечностью.
Прорыв в области сплавов платины и кобальта делает водород чище
Этот инновационный материал сочетает в себе минимальное количество платины и кобальта, сохраняя высокую каталитическую эффективность и значительно сокращая расход дорогостоящей платины. Такой подход может сделать производство чистого водорода более практичным для крупномасштабного применения, открывая путь к более устойчивому и доступному энергетическому будущему.
Используя метод поэтапного восстановления, исследователи равномерно распределили частицы сплава платины и кобальта (PtCo) по всему MXene. Этот метод обеспечил равномерное распределение частиц металла, максимально повысив эффективность катализатора для производства водорода.
«Что ещё важнее, двумерные нанолисты MXene способны формировать больше активных центров благодаря большой удельной площади поверхности. Более того, субстрат MXene с превосходной электропроводностью и гармоничными интерфейсами между PtCo и MXene повышает эффективность переноса заряда и снижает энергию активации реакции», — объясняют учёные в своей аннотации.
Испытания подтверждают стабильную работу катализатора водорода MXene
Испытания в кислой среде показали, что катализатор PtCo/MXene эффективно работает при низких перенапряжениях: 60 мВ при -10 мА/см² и 152 мВ при -100 мА/см². Он также сохраняет стабильность в процессе эксплуатации, что делает его перспективным кандидатом для практического использования в производстве водорода.
Исследователи обнаружили, что уникальная структура катализатора обеспечивает более быструю передачу электронов и облегчает высвобождение водорода в ходе реакции. Компьютерное моделирование также показало, что добавление кобальта изменяет электронную структуру платины, повышая её каталитическую активность.
Эта модификация повысила общую эффективность реакции выделения водорода, продемонстрировав, как тщательно разработанные комбинации металлов могут значительно повысить производительность в приложениях чистой энергии.
Таким образом, повысив эффективность катализатора, требующего минимального количества платины, исследователи открыли новые возможности для разработки водородных энергетических систем, которые одновременно более устойчивы и просты в масштабировании.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Energy.
Sourse: interestingengineering.com
