Новый кобальт-графеновый катализатор может стать альтернативой платине в топливных элементах

У платиновых катализаторов для использования в водородных топливных элементах появился новый соперник.

Химик Шухен Сан из университета Брауна со студентами разработали новый материал — графеновый лист, покрытый наночастицами кобальта и оксида кобальта. Он способен катализировать реакцию восстановления кислорода почти так же эффективно, что и платина, и значительно более долговечен.

Новый материал — лучший из всех неплатиновых катализаторов, отметил постдокторант Шаоюн Гао. Результаты исследования опубликованы в издании Angewandte Chemie International Edition.

Реакция восстановления кислорода происходит на стороне катода в водородном топливном элементе. Кислород работает как слив для электронов, удаляя их из водорода в аноде и создавая электрической напряжение, которое поддерживает ток, проходящий через присоединенные устройства. «Реакция требует наличия катализатора, и в настоящее время платина является лучшим таким материалом», заявил Сан. „Лучшим, но очень дорогим и ограниченным, а потому без особой нужды топливные элементы сегодня не применяются“.

До сих пор ученые не могли разработать жизнеспособную альтернативу. Несколько исследователей, включая Сан и Гао, создали новые катализаторы, которые сокращают количество используемой платины, но так, чтобы вообще обходиться без платины, пока не получается.

Новые кобальт-графеновый катализатор — наиболее многообещающий кандидат, отметили ученые. Это первый материал, который не содержит драгоценных металлов, но по каталитическим свойствам близок платине.

Лабораторные тесты, выполненные Сан и его коллегами, показали, что новый кобальт-графеновый материал немного медленнее платины в начале проведения реакции кислородного восстановления, однако после того, как реакция пошла, он фактически действует быстрее платины. Новый катализатор, как выяснилось, оказался более стабильным, разрушаясь намного медленней, чем платина. После примерно 17 часов непрерывного использования кобальт-графеновый катализатор исчерпал ресурс лишь на 30%. Платиновый катализатор за то же время расходует 40% ресурса.

Кобальт — распространенный металл, а стоит он лишь долю от стоимости платины. Графен — лист углерода в 1 атом толщиной или двумерный углерод с сотовидной (шестигранной) структурой. Графен известен своей прочностью, электрическими свойствами и каталитическим потенциалом.

18.10.2012