Исследователи из Университета Твенте разработали новый композитный материал, который превосходит отдельные соединения на один-два порядка. Композит состоит из нескольких распространенных на земле элементов, которые потенциально могут быть использованы для эффективного получения водорода без использования редких и драгоценных металлов, таких как платина. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале ACS Nano.
Зеленый водород рассматривается как энергоноситель будущего. По сути, водород предлагает способ хранения (зеленой) энергии в течение длительного времени. Это делает особенно важным производить его как можно более эффективно. Электролиз воды является одним из наиболее устойчивых методов получения экологически чистого водорода. Однако при современных методах электролиза нам требуется много редких и дорогих материалов, иначе процесс недостаточно эффективен.
«В настоящее время наиболее эффективные электролизеры содержат платину и иридий, которые необходимы для электродов, на которых из воды получают газообразные водород и кислород. Однако платина и особенно иридий встречаются слишком редко. Вот почему мы постоянно ищем электродные материалы, изготовленные из более богатых ресурсов, которые также могут быть использованы в качестве эффективных и стабильных электрокатализаторов», — объясняет исследователь UT Крис Баумер. Исследователь и его команда нашли именно то, что они искали, в новом материале, который представляет собой соединение, содержащее пять различных переходных металлов.
По отдельности пять переходных металлов проявляют лишь умеренную активность при использовании в качестве катализатора. Однако исследователи обнаружили, что совокупная активность превосходит активность отдельных соединений в 680 раз. Более высокая активность становится неожиданностью, объясняет Баумер.
«Мы ожидали, что стабильность по сравнению с традиционными композитами будет повышена, но когда мы начали тестирование, вскоре выяснилось, что активность также намного выше. В сотрудничестве с нашими партнерами из Карлсруэ (Германия) и Беркли (США) мы обнаружили, что отдельные переходные металлы могут «помогать» друг другу, делая объединенный материал лучше, чем сумма его частей, в результате так называемого синергетического эффекта».
Эти новые открытия не означают, что мы можем напрямую заменить все электроды этим новым материалом. Комбинирование пяти различных материалов является сложным процессом, и до сих пор это действие было протестировано только в лабораторных условиях.
«Мы сравниваем недавно открытый композит с материалами, оптимизированными для крупносерийного производства, а это означает, что наш новый материал все еще нуждается в испытаниях в промышленных масштабах. Однако, при некоторой доработке и дальнейших исследованиях, эта комбинация переходных металлов потенциально может превзойти доступные в настоящее время альтернативы», — объясняет постдок UT Шу Ни, который руководит этими будущими разработками по оптимизации материалов.