Источник фото — Российский научный фонд
Проведение электролиза воды требует использования электрокатализаторов, позволяющих ускорить «разложение» H2O на кислород и водород под воздействием электрического тока. Основой для таких электрокатализаторов служат металлы подгруппы железа (никель, железо, кобальт) или их композиты с благородными металлами, медью или серебром. Одним из наиболее доступных композитов является никель-медь, однако из-за слишком большого размера получаемых частиц металлов их использование не отличается высокой эффективностью.
Решить эту проблему попытались ученые из Физико-технического института имени А.О. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), которые разработали новые электрокатализаторы, покрыв углеродные микротрубки композитами на основе никеля (Ni) и меди (Cu). Авторы для этой цели использовали комплексные аммоний-сульфосалициловые электролиты (вещества, проводящие электрический ток вследствие диссоциации на ионы), отличающиеся более сложной структурой, нежели обычные электролиты.
Ученым за счет этого удалось создать очень тонкие покрытия с наночастицами металлов: толщина трубок с никелевым покрытием составила 1,2 нанометра, а с никель-медным – всего 0,5 нанометра. Полученные образцы были исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии, а также рентгеновских и электрохимических методов. Как показали эксперименты, авторам удалось увеличить площадь электрохимически активной поверхности материалов: для никелевого катализатора она выросла с 265 до 1400 квадратных сантиметров, а для никель-медного – с 265 до 780. Это повысило эффективность получения водорода при электролизе воды.
«Мы добились улучшения электрокаталитических свойств как за счет уменьшения размера кристаллитов, так и за счет присутствия добавки меди. Она улучшает электропроводность и снижает общую энергию связи металл-водород, что ослабляет диффузионные ограничения реакции. Синтезированный материал может служить для эффективного синтеза водорода и кислорода в различных областях: от изготовления “зеленого” топлива или выделения чистых металлов из руды до получения чистого кислорода в медицинских и технологических сферах», – цитирует Российский научный фонд Дмитрия Дмитриева, научного сотрудника Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН.
