Один из ключевых методов — расщепление воды с помощью электричества, но здесь не обойтись без катализаторов из редких и дорогих металлов, таких как платина и иридий. Ученые ищут альтернативу, и высокоэнтропийные металлические стекла (ВЭМС) выглядят многообещающе. Их аморфная структура и смесь нескольких элементов создают идеальные условия для катализа, но есть проблема: при формировании нанопористой структуры материал часто теряет свою стекловидность и кристаллизуется, а это снижает эффективность.

Команда исследователей нашла решение. Они создали ВЭМС (Cu21Ni20Co5Zr24Y23Al7) с наноразмерным разделением фаз. Это позволяет в процессе обработки выборочно растворять одну из фаз, сохраняя аморфную структуру и формируя трехмерную нанопористую сеть. Затем материал подвергают контролируемой кристаллизации поверхности — так получается гетероструктура, где нанокристаллы встроены в аморфную матрицу.

Результаты опубликованы в издании Materials Futures.

Полученный катализатор (AC-NP-CuNiCo) обладает огромной площадью поверхности, сильными искажениями кристаллической решетки и множеством активных центров — все это критически важно для эффективного расщепления воды. Граница между аморфной и кристаллической фазами ускоряет перенос заряда и оптимизирует взаимодействие с промежуточными продуктами реакции. Кроме того, такая структура смещает d-зону, облегчая отрыв молекул водорода и кислорода от поверхности катализатора.

В итоге катализатор работает с рекордно низким напряжением — всего 1.53 В при плотности тока 10 мА/см², превосходя традиционные системы на основе Pt/C и IrO₂.

Это исследование открывает новые пути для тонкой настройки состава и структуры ВЭМС, что может привести к прорывам не только в энергетике, но и в других областях. Следующий шаг — детальное изучение атомарных механизмов с помощью современных методов анализа и поиск еще более эффективных композиций с помощью машинного обучения.

Чтобы технология вышла из лабораторий, нужно разработать масштабируемые методы синтеза и проверить долговечность катализатора в реальных промышленных условиях. Если все получится, это серьезно сократит зависимость от дорогих металлов и ускорит переход к водородной энергетике.

Этот прорыв решает сразу несколько проблем:

• Замена благородных металлов — снижает стоимость электролизеров.
• Стабильность аморфной структуры — раньше ВЭМС кристаллизовались при обработке, теперь удалось сохранить их ключевые преимущества.
• Гетероструктура — сочетание аморфной и кристаллической фаз усиливает каталитические свойства.

В перспективе это может удешевить производство водорода и сделать зеленую энергетику более доступной.

Хотя результаты впечатляют, остается вопрос масштабирования. Лабораторные образцы — это одно, а промышленные объемы — другое. Насколько воспроизводим метод? Как поведет себя катализатор после тысяч часов работы? Без ответов на эти вопросы рано говорить о коммерческом успехе.

Ранее ученые заявили, что производить недорогой водород поможет природа.