Міжнародна група вчених створила нанокомпозит на основі оксидів заліза, нікелю та вуглецевих нановолокон. Ця розробка здатна замінити дорогі метали у процесі виробництва чистого водню.
Концепція отримання головного палива майбутнього — зеленого водню — шляхом розщеплення молекул води за допомогою електричного струму здається досить простою. Проте головною перешкодою для масового впровадження цієї технології залишається висока вартість електрокаталізаторів.
Читайте також:
98% ефективності та жодних мембран. Вчені з Ізраїлю знайшли спосіб здешевити зелений водень Найкращі сучасні зразки виготовляють із використанням цінних металів, таких як платина, рутеній та іридій. Варто зазначити, що сьогодні близько 96 відсотків усього водню у світі отримують із викопного палива шляхом газифікації вугілля та парової конверсії природного газу. Така технологія супроводжується значними викидами вуглекислого газу: виробництво 1 кілограма сірого водню призводить до викиду близько 10 кілограмів CO₂, а синього — близько 6 кілограмів.
Розщеплення води дозволяє повністю уникнути цих шкідливих викидів,
але потребує ефективних і доступних матеріалів. Щоб вирішити цю проблему, вчені провели дослідження, результати якого викладено в науковому журналі ACS Applied Nano Materials. Вони створили інноваційні композитні матеріали, закріпивши доступні оксиди заліза та нікелю на вуглецевих нановолокнах, вирощених безпосередньо на двовимірних нанолистах MXene (Ti₃C₂Tₓ).
Листи MXene чудово проводять електричний струм, але схильні до окиснення та злипання. Вирощування нановолокон методом хімічного осадження з газової фази за високих температур (спочатку 400 °C, а потім 720 °C із використанням ацетилену протягом 2 годин) дозволило зберегти шарувату структуру та створити електропровідну основу з величезною кількістю активних центрів. Отримані матеріали позначили як FeO-CNFMX та NiO-CNFMX.
Лабораторні випробування в одномолярному розчині гідроксиду калію продемонстрували вражаючі результати. Для реакції виділення кисню композиту на основі нікелю знадобилася перенапруга лише 300 мілівольт для досягнення густини струму 10 міліампер на квадратний сантиметр, що лише на 50 мілівольт поступається еталонному оксиду рутенію (250 мілівольт).
«Зелений» композит FeO-CNFMX показав результат 360 мілівольт.
Крім того, нікелевий матеріал демонстрував менший опір перенесенню заряду — 15,5 Ом проти 16,5 Ом у залізного аналога. Під час випробувань повноцінного прототипу електролізера з однаковим матеріалом на обох електродах зразки продемонстрували різні результати. Залізний композит досяг робочої густини струму 10 міліампер на квадратний сантиметр за напруги 2,2 вольта, тоді як нікелевому знадобилося 2,7 вольта, оскільки залізні центри краще прискорюють виділення кисню.
Водночас під час цілодобового (24-годинного) тестування обидва матеріали продемонстрували високу стабільність: зміна напруги становила лише 0,2−0,3 В. Хоча нові каталізатори поки що поступаються платині за ефективністю реакції виділення водню, розроблений простий і масштабований метод синтезу відкриває реальні перспективи створення дешевих і надійних систем електролізу промислового масштабу.
Читайте також:
