Исследователи Южного федерального университета (ЮФУ) совместно с международной группой ученых разработали новый, более доступный материал для производства водорода из воды. Их открытия опубликованы в журнале Nature Communications.
Водород считается одним из самых перспективных и экологически чистых источников энергии, отметили специалисты ЮФУ. Его получают путем электролиза воды – процесса разделения на водород и кислород под воздействием электричества.
Для повышения скорости этой реакции требуются особые вещества — катализаторы. В настоящее время при выделении кислорода обычно используют катализаторы на основе иридия (Ir) – редкого и дорогостоящего металла, добыча которого сопровождается значительными затратами, пояснил доцент Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Михаил Солдатов.
Команда ученых из ЮФУ и Китая предложила заменить иридий на рутений — металл, который встречается в земной коре в 5–10 раз чаще и широко применяется в таких областях, как медицина, электроника и химическая промышленность. Для оптимизации характеристик нового катализатора в его состав введены небольшие количества других элементов.
«Представьте катализатор как магнит, который должен удерживать промежуточные продукты реакции в течение определённого времени. Если магнит слишком сильный, частицы слишком прочно прикрепляются и замедляют процесс, а если слишком слабый — недостаточно удерживаются.
Была подобрана оптимальная «золотая середина» – за счёт тонкой регулировки полярности связи между рутением и кислородом (Ru–O) и добавления атомов редкоземельных металлов, что позволило сбалансировать силу взаимодействия и обеспечить эффективное и стабильное выделение кислорода», — пояснил Солдатов.