Группа корейских исследователей из Пхоханского университета науки и технологий и Сеульского национального университета разработала новый катализатор на основе оксида железа, который вдвое повысил эффективность производства «зеленого» водорода, получаемого без выбросов углекислого газа. Исследование было проведено при поддержке Программы инновационных наук и технологий Circle Foundation, Национального исследовательского фонда Кореи и Корейского института материаловедения, его результаты опубликованы в журнале Acta Materialia.
Одним из самых перспективных способов получения водорода считается термохимическое разложение воды — процесс, при котором молекулы воды распадаются на водород и кислород под действием тепла. Важную роль в этом процессе играют оксиды металлов, способные многократно поглощать и отдавать кислород, действуя как «кислородные губки».
Однако для эффективной работы большинству известных оксидов необходимы чрезвычайно высокие температуры (1200–1400 °C), что делает процесс дорогим и сложным для промышленного применения. Чтобы решить эту проблему, корейские ученые создали новый материал – феррит никеля с пониженным содержанием железа (Fe-poor NiFe₂O). В отличие от обычных оксидов, которые способны поглощать лишь ограниченное количество кислорода, этот материал меняет свою внутреннюю структуру при нагревании, что позволяет ему поглощать и выделять больше кислорода даже при температурах ниже 1000 °C.
Эксперименты показали, что новый катализатор производит 0,528% водорода на грамм оксида, в то время как предыдущий лучший результат составил 0,25%. Также с помощью комплекса экспериментальных методик и вычислительного моделирования ученым впервые удалось точно определить участки в структуре оксида железа, которые играют ключевую роль в образовании водорода. Было установлено, что количество выделяемого водорода напрямую зависит от переходов атомов железа между окислительными состояниями (Fe²⁺ и Fe³⁺).
По словам профессора кафедры машиностроения Пхоханского университета Хенгю Чжина, возглавлявшего исследование, полученные результаты открывают путь к более дешевому и экологичному производству водорода. Новый подход также позволяет использовать в качестве источника энергии солнечное тепло или избыточное тепло от промышленных процессов.
