Ученые молодежной лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ совместно с коллегами из Китая разработали составной катализатор на основе карбида молибдена для получения водорода. Он может стать дешевой заменой дорогим катализаторам из платины и палладия. Полученный учеными ТПУ материал обладает высокой электрохимической стойкостью и может сохранять стабильность до 15 дней. Это более, чем в семь раз превосходит характеристики аналогичных катализаторов.
Результаты исследования опубликованы в журнале iScience (Q1, IF: 4,163).
Получение водорода методом электролиза – широко известный процесс. Для снижения его энергоемкости и ускорения процесса применяют различные катализаторы, наиболее активными из которых являются катализаторы на основе металлов платиновой группы (платина, палладий и другие). Однако высокая стоимость, относительно небольшие запасы и надзор за их оборотом ограничивают их повсеместное использование. Поэтому актуален поиск более дешевых аналогов со схожими свойствами.
«Перспективной заменой дорогим катализаторам считаются материалы на основе переходных металлов, при этом среди карбидов наиболее активным является карбид молибдена. В литературе исследованы различные способы улучшения свойств катализаторов на основе карбида молибдена путем допирования другими атомами, образования определенных структур и так далее. В нашей работе мы объединили несколько таких способов и разработали новую структуру, полученную из трех составляющих– молибдена, меламина и графита», — отмечает один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Юлия Васильева.
Ученые разработали структуру, которая представляет собой оксид молибдена на поверхности карбида молибдена, интегрированного в допированную азотом графитовую углеродную матрицу. Синтез нового катализатора простой и энергоэффективный в сравнении с прямыми аналогами. Его получили безвакуумным электродуговым методом. Исследование полученной структуры проводилось совместно с учеными Цзилиньского университета (Китай).
Результаты исследования синтезированного материала в качестве катализаторов реакции получения водорода показали, что он обладает высокой электрохимической стойкостью и может сохранять стабильность в течение 15 дней. В то время, как стойкость аналогичных катализаторов не превышает 50 часов.
«Разработанный нами катализатор более чем в семь раз превосходит по стойкости аналоги. К тому же, он демонстрирует хорошую активность в реакции выделения водорода из воды. Она (активность катализатора в реакции выделения водорода – ред.) оценивается по величине перенапряжения. У эталонного катализатора на основе платины эта величина составляет -31 мВ, чем ближе перенапряжение к этому значению, тем лучше. У большинства существующих аналогов эта характеристика находится в среднем диапазоне -200-250 мВ. Перенапряжение нашего катализатора на уровне -148 мВ. Существуют исследования, в которых это значение еще ниже. Однако, производство таких катализаторов затруднительно, а их использование ограничено. Наш катализатор же прост в получении и показывает хорошие перспективы дальнейшего использования», — добавляет Юлия Васильева.
В планах у ученых продолжить работу по разработке и испытанию характеристик различных материалов для получения максимально эффективных катализаторов для получения водорода.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ТПУ