Водород является одним из наиболее перспективных и экологичных энергоносителей. Его получают путём разложения воды на молекулы водорода и кислорода под действием электроэнергии. Чтобы ускорить этот процесс необходимы специальные вещества-помощники — катализаторы.
— В настоящее время для реакции выделения кислорода в качестве катализатора используют вещества на основе иридия (Ir) — рассеянный в земной коре элемент, добыча которого является энергозатратным и дорогостоящим процессом, — рассказал кандидат физико-математических наук, доцент Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Михаил Солдатов.
Учёные ЮФУ с коллегами из КНР предложили использовать вместо иридия рутений — элемент, который распространён в земной коре в 5-10 раз больше и широко используется в медицине, электронике и химической промышленности. Для «тонкой настройки» свойств нового катализатора в его состав введено малое количество других элементов.
— Представьте, что катализатор — это магнит, который должен какое-то время удерживать продукты реакции. Если магнит слишком «сильный», то промежуточные частицы сильно «прилипают» и тормозят процесс; если «слабый» — не удерживаются их достаточно. Была найдена «золотая середина» с помощью тонкой настройки полярности связи Ru-O, путём подбора добавки атомов редкоземельных металлов, которая оптимизирует силу взаимодействия таким образом, чтобы реакция выделения кислорода проходила легко и устойчиво, — объяснил Михаил Солдатов.
Новый материал позволит снизить энергопотребление установок, перерабатывающих воду в топливо, а также снизить износ оборудования и уменьшить нагревание элементов установки, для более стабильного протекания реакции получения кислорода, добавил ученый.
— Этот катализатор позволяет снизить перенапряжение для реакции выделения кислорода на десятки милливольт, что критично для водородной энергетики, где важен каждый мВ. Значения перенапряжения 214 мВ — это лучше большинства катализаторов на основе оксида рутения, которые к тому же менее активны и стабильны, — прокомментировал учёный.
В ходе дальнейшей работы специалисты ЮФУ планируют сосредоточиться на разработке катализаторов для других, важных в будущем технологических процессов.
Центр общественных коммуникаций Южного федерального университета