Nature Communications: створений стабільний одноатомний каталізатор для виділення водню

Вчені Міського університету Гонконгу розробили новий надстабільний електрокаталізатор реакції виділення водню (HER), який складається з двомірних нанолистів, виготовлених з мінерального гідрогелю. Каталізатор не містить дорогоцінних мінералів і може бути виготовлений у промислових масштабах, що знизить ціну на водневе паливо в майбутньому. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Communications. 

В даний час для проведення HER застосовуються дорогі каталізатори, що містять шляхетні метали. Більш привабливою альтернативою є так звані одноатомні каталізатори (SAC), активний центр яких складається із ізольованого атома металу та розташований на твердому носії з вуглецю, оксидів або сульфідів. SAC відрізняються високою активністю, атомною ефективністю та низькою витратою каталізатора, проте досить складні у виготовленні. Процес включає впровадження одиночних атомів металу в підкладку з подальшою термічною обробкою вище 700 градусів Цельсія.

У новій роботі вчені представили SAC, в якому для виготовлення підкладки використовуються не пористі металоорганічні каркаси або каркаси вуглецю, а нанолісти мінерального гідрогелю, що не містить ні дорогоцінні метали, ні вуглець. Спочатку розчин поліоксометалової кислоти (PMo), що містить молібден, змішувався з іонами тривалентного заліза при кімнатній температурі, після чого за допомогою центрифугування видалялися надлишки води. В результаті утворювалася гелева мережа – зшиті полімерні ланцюжки залізо-фосфомолібденової кислоти (FePMoG).

Щоб отримати готову ложку, FePMoG піддавали фосфатизації: термічної обробки при 500 градусів Цельсія з додаванням натрію гіпофосфіту. В результаті утворюється одноатомний гетерогенний дисперсний листовий каталізатор Fe/SAs@Mo-based-HNS. Експерименти показали, що він виявляє чудову електрокаталітичну активність зі значенням перенапруги всього 38,5 мл при щільності струму 10 міліампер на квадратний сантиметр. Він також демонструє надстабільність без погіршення характеристики протягом 600 годин безперервної роботи при щільності струму до 200 міліампер на квадратний сантиметр.

За словами вчених, це один із найкращих результатів, досягнутих електрокаталізаторами HER, які не містять дорогоцінних металів. Fe/SAs@Mo-based-HNS є ефективною альтернативою схильним корозії каталізаторам, що містять вуглець, для використання в паливних елементах з протонообмінною мембраною та інших сучасних енергетичних технологіях.

Читайте також

ArcelorMittal згортує плани виробництва “зеленої” сталі в Німеччині: надто дорого