Учёные ТПУ разработали катализатор для водорода, который в 7 раз лучше аналогов

Учёные молодёжной лаборатории ТПУ совместно с коллегами из Китая создали катализатор на основе карбида молибдена для получения водорода. Он может заменить дорогие платиновые и палладиевые катализаторы.

Материал, полученный в ТПУ, обладает высокой электрохимической стойкостью и сохраняет стабильность до 15 дней, что более чем в семь раз дольше, чем у аналогичных катализаторов.

Получение водорода методом электролиза — известный процесс. Чтобы сделать его менее энергоёмким и ускорить, применяют катализаторы, особенно активные — на основе металлов платиновой группы (платина, палладий и др.). Но их высокая стоимость, небольшой объём запасов и контроль за оборотом ограничивают их повсеместное использование. Поэтому важно найти более дешёвые аналоги с похожими свойствами.

В качестве замены дорогим катализаторам рассматриваются материалы на основе переходных металлов. Среди карбидов наиболее активным является карбид молибдена.

В литературе описаны способы улучшения свойств катализаторов на основе карбида молибдена путём добавления других атомов, создания определённых структур и т. д. Мы объединили несколько таких способов и разработали новую структуру из трёх составляющих — молибдена, меламина и графита, — говорит Юлия Васильева, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ.

Учёные разработали структуру из оксида молибдена на поверхности карбида молибдена, интегрированного в графитовую углеродную матрицу с добавлением азота.

Новый катализатор синтезировали безвакуумным электродуговым методом. Это простой и энергоэффективный способ по сравнению с аналогами. Исследование структуры проводили совместно с учёными Цзилиньского университета (Китай).

Материал может быть использован как катализатор для получения водорода. Он обладает высокой электрохимической стойкостью и сохраняет стабильность в течение 15 дней, в то время как аналогичные катализаторы — не более 50 часов.

Разработанный катализатор более чем в семь раз превосходит аналоги по стойкости. Он также активно выделяет водород из воды.

Активность катализатора оценивают по величине перенапряжения. Чем ближе перенапряжение к эталонному значению платины (-31 мВ), тем лучше. У большинства существующих аналогов эта характеристика составляет -200-250 мВ. Перенапряжение нашего катализатора — -148 мВ, и есть исследования с ещё меньшим значением. Но такие катализаторы сложно производить, а использовать их можно не везде. Наш же катализатор прост в получении и перспективен для дальнейшего использования, — добавляет Юлия Васильева.

Учёные намерены и дальше работать над созданием различных материалов, чтобы сделать самые эффективные катализаторы для производства водорода.

Результаты исследования опубликованы в журнале iScience.

08.08.2024