Группа и исследователей из Университета Тохоку нашла новый способ создавать катализаторы, способные сделать более эффективным и доступным производство водорода – экологически чистого топлива, которое может сыграть решающую роль в борьбе с изменением климата.
В ходе экспериментов ученые работали над поиском средств улучшения реакции выделения водорода (HER), в ходе которой этот газ получают без вреда для окружающей среды. Для улучшения процесса они применили метод реконструкции поверхности, чтобы создать устойчивые катоды из недорогих неблагородных металлов. Основное внимание было уделено фосфидам переходных металлов – перспективным и доступным катализаторам, что сильно контрастировало с обычной практикой, когда для HER использовали дорогие благородные металлы, такие как платина.
В рамках одного из экспериментов была создана модифицированная версия катализатора на основе фосфида кобальта (CoP), в структуру которого добавили фтор. Это вызвало появление на поверхности материала «вакансий» – участков, где отсутствует фосфор. Такие зоны стали активными центрами, способствующими ускорению реакции.
Новый материал показал высокую эффективность в кислой среде, поддерживая мощность около 76 ватт более 300 часов. При этом стоимость получения водорода с его помощью составила 2,17 доллара за килограмм, то есть всего на 17 центов больше целевого уровня, установленного Министерством энергетики США на 2026 год.
Хотя потенциал таких катализаторов высок, исследование также показало, что поведение неблагородных металлов в этих условиях пока изучено не до конца, и предстоит провести дополнительные работы.
Важно отметить, что разработанный катализатор показал высокую эффективность не только в лаборатории, но и при испытаниях в промышленных водородных электролизерах PEM. Теперь следующий шаг – масштабировать процесс производства водорода, сделав технологию более доступной и пригодной для широкого промышленного применения.
